Molecular Modeling of Active Centre Characteristics of Cysteine Proteinases

การจำลองโมเลกุลเพื่อแสดงคุณลักษณะบริเวณเร่งปฎิกิริยาของเอนไซม์ซีสเตอีนโปรติเนส

Name: Krongsakda Phakthanakanok

Name: ครองศักดา ภัคธนกกนก

keyword: Cysteine Proteinase

Abstract: Severe Acute Respiratory Syndrome Corona Virus Main Cysteine Proteinase (SARS CoVMpro) and Falcipain-3 (FP3) are the target proteinase for drug development against severe acute respiratory syndrome and malaria, respectively. In this research, there were selected to study the characteristics of its active site through molecular modeling. The purpose of this study is to simulate the interaction between these enzymes and their substrates. Conformations of both enzymes were adjusted to their equilibrium by Molecular dynamics (MD) simulation technique. The binding mechanism of the SARS CoVMpro with octapeptide substrate was predicted by molecular docking. Behavior of the SARS CoVMpro-octapeptide complexes was determined with MD simulation in water and ion system. Free energy binding, root mean square deviation (RMSD) and root mean square fluctuation (RMSF) were calculated for analysis the conformation change during simulation. The results proposed twenty three amino acids were proposed to be important residues for substrate binding. Residues 40-50 and 180-190 of SARS CoVMpro dimer, both free and complex forms, were shown to have high flexible chains during simulation. Glutamic acid residues 47 and 166 are critical side chain for substrate and inhibitor binding in S3 subsite. S2 subsite of SARS CoVMpro conserved with amino acid of Phenylalanine similar to other cysteine proteinases. The octapeptide substrate, Ser-Ala-Trp-Phe-Gln-Ser-Gly-Phe, was shown to have high specific rather than Ser-Ala-Val-Leu-Gln-Ser-Gly-Phe based on MD simulation. In case of FP3, the equilibrated conformation was selected for virtual screening study. Small ligand molecules were selected from ZINC database. The interaction between FP3 and all ligands were predicted by flexible docking including minimization. From the results, top 100 ligands ranked from free energy binding were collected for analysis. MD simulation revealed the S subsite of FP3 was fully exposed to the solvent during simulation. This behavior was proposed to be an active conformation of FP3 in real system. Position of S and S' subsite were clearly classified based on molecular docking and virtual screening. In the active site of FP3, residues 43-52, 90-96, 180-183, 160-164 and 212-219 were suitable for small ligands binding. The results indicated that more than 60% ofthe active small molecules preferred S rather than that S' subsite.

Abstract: Severe Axute Respiratory Syndrome Corona Virus Main Cysteine Proteinase (SARS CoVMpro) and Falcipain-3 (FP3) คือเอนไซม์โปรติเนสเป้าหมายเพื่อการพัฒนายาต้านโรคระบบทางเดินหายใจ เฉียบพลันรุนแรงแลโรคมาลาเรียตามลำดับ ในงานวิจัยนี้เอนไซม์โปรติเนสทั้งสองชนิดถูกนำมา ศึกษาลักษณะเฉพาะของบริเวณเร่งปฎิกิริยาโดยระเบียบวิธีการจำลองโมเลกุล วัตถุประสงค์ของ งานวิจัยเพื่อจำลองอันตรกิริยาระหว่างเอนไซม์เหล่านี้กับสับสเตรท โครงสร้างของเอนไซม์ทั้งสองถูก ปรับให้เป็นสภาพสมดุลด้วยเทคนิคการจำลองพลวัติเชิงโมเลกุล กลไกการยึดเหนี่ยวของเอนไซม์ SARS CoVMpro กับสับสเตรท octapeptide ถูกคำนวณโดยวิธี molecular docking พฤติกรรมของ สารประกอบเชิงซ้อนเอนไซม์ SARA CoVMpro- octapeptide ถูกจำลองด้วยการจำลองพลวัติเชิง โมเลกุลในระบบของน้ำและไอออน พลังงานอิสระการยึดเหนี่ยว ค่า root mean square deviation (RMSD) และ root mean square fluctuation (RMSF) ถูกคำนวณเพื่อวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลง โดรงสร้างของเอนไซม์ระหว่างการจำลอง ผลการทดลองเสนอกรดอะมิโนจำนวน 23 หน่วยใน บริเวณเร่งปฎิกิริยามีความสำคัญในการยึดเหนี่ยวสับสเตรท กรดอะมิโนหน่วยที่ 40-50 และ 180-190 ของเอนไซมื SARS CoVMpro ในลักษณะคู่โปรตีนทั้งแบบเอนไซม์อิสระและแบบสารประกอบ เชิงซ้อนเอนไซม์ แสดงลักษณะยึดหยุ่นสูงในระหว่างการจำลอง กรดอะมิโน glutamin หน่วยที่ 47 และ 166 แสดงเป็นกรดอะมิโนวิกฤติเพื่อการยึดเหนี่ยวทั้งสับสเตรทและสารยับยั้งในบริเวณหน่วย ย่อย S3 ส่วนบริเวณหน่วยย่อย S2 พบว่าได้อนุรักษ์เพื่อกรดอะมิดน phenylalanine เหมือนที่พบใน เอนไซม์ซีสเตอีนโปรติเนสชนิดอื่น ผลการทดลองบนพื้นฐานของการจำลองพลวัติเชิงโมเลกุล ชี้ให้เห็นว่าสับสเตรท octapeptide ชนิด Ser- Ala-Trp-Phe-Gln-Ser-Gly-Phe มีความจำเพาะต่อเอนไซม์ SARS CoVMpro มากว่าสับสเตรทชนิด Ser-Ala-Val-Leu-Gln-Ser-Gly-Phe ในกรณีของเอนไซม์ FP3 ได้นำโครงสร้างที่ถูกทำให้สมดุลแล้วมาศึกษาระเบียบวิธีการคัคสรรเสมือน โมเลกุลเล็กของ ligand ที่นำมาใช้ได้ถูกเลือกมาจากฐานข้อมูล ZINC อันตรกิริยาระหว่างเอนไซม์ FP3 และ ligand ทั้งหมดได้ถูกทำนายโดยการ docking แบบยืดหยุ่นร่วมด้วยการminimization จากผลการ ทดลอง ligand ที่ถูกจัดอันดับด้วยค่าพลังงานอิสระการยึดเหนี่ยวจำนวน 100 ชนิดแรกได้ถูกนำมา วิเคราะห์ ผลของการจำลองพลวัติเชิงโมเลกุลแสดงให้เห็นบริเวณหน่วยย่อย S ของเอนไซม์ FP3 ซึ่ง เผยออกมาสัมผัสกับสารละลายอย่างเต็มที่ในระหว่างการจำลอง พฤติกรรมนี้ถูกเสนอให้เป็นโครง สร้างของเอนไซม์ FP3 ที่มีกิจกรรมในระบบจริง ผลของ molecular docking และการคัดสรรเสมือน สามารถระบุตำแหน่งหน่วยย่อย S และ S' ได้อย่างชัดเจน ในบริเวณเร่งปฎิกิริยาของเอนไซม์ FP 3 กรดอะมิโนหน่วยที่ 43-52, 90-96, 180-183, 160-164 และ 212-219 เป็นกรดอะมิโนที่เหมาะสำหรับ การยึดเหนี่ยวกับ ligand เล็ก ผลการทดลองชี้ให้เห็นว่ามากกว่า 60% ของสารโมเลกุลเล็กจะชอบ ยึดเหนี่ยวบริเวณ S ของเอนไซม์ FP 3 มากกว่า S'

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Khanok Ratanakhanokchai

Role: Advisor

Created: 2009

Modified: 2555-03-30

Issued: 2012-03-28

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: BCT215

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Biochemical Technology

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	BCT215ab.pdf	41.76 KB	10	2024-07-30 13:55:21
2	BCT215.pdf	1.51 MB	6	2020-12-07 11:58:17

ใช้เวลา

0.033387 วินาที