scholarly journals Aggregation of Aβ40/42 chains in the presence of cyclic neuropeptides investigated by molecular dynamics simulations

2021 ◽  
Vol 17 (3) ◽  
pp. e1008771
Author(s):  
Min Wu ◽  
Lyudmyla Dorosh ◽  
Gerold Schmitt-Ulms ◽  
Holger Wille ◽  
Maria Stepanova

Alzheimer’s disease is associated with the formation of toxic aggregates of amyloid beta (Aβ) peptides. Despite tremendous efforts, our understanding of the molecular mechanisms of aggregation, as well as cofactors that might influence it, remains incomplete. The small cyclic neuropeptide somatostatin-14 (SST14) was recently found to be the most selectively enriched protein in human frontal lobe extracts that binds Aβ42 aggregates. Furthermore, SST14’s presence was also found to promote the formation of toxic Aβ42 oligomers in vitro. In order to elucidate how SST14 influences the onset of Aβ oligomerization, we performed all-atom molecular dynamics simulations of model mixtures of Aβ42 or Aβ40 peptides with SST14 molecules and analyzed the structure and dynamics of early-stage aggregates. For comparison we also analyzed the aggregation of Aβ42 in the presence of arginine vasopressin (AVP), a different cyclic neuropeptide. We observed the formation of self-assembled aggregates containing the Aβ chains and small cyclic peptides in all mixtures of Aβ42–SST14, Aβ42–AVP, and Aβ40–SST14. The Aβ42–SST14 mixtures were found to develop compact, dynamically stable, but small aggregates with the highest exposure of hydrophobic residues to the solvent. Differences in the morphology and dynamics of aggregates that comprise SST14 or AVP appear to reflect distinct (1) regions of the Aβ chains they interact with; (2) the propensities to engage in hydrogen bonds with Aβ peptides; and (3) solvent exposures of hydrophilic and hydrophobic groups. The presence of SST14 was found to impede aggregation in the Aβ42–SST14 system despite a high hydrophobicity, producing a stronger “sticky surface” effect in the aggregates at the onset of Aβ42–SST14 oligomerization.

2020 ◽  
Author(s):  
Sean A. Newmister ◽  
Kinshuk Raj Srivastava ◽  
Rosa V. Espinoza ◽  
Kersti Caddell Haatveit ◽  
Yogan Khatri ◽  
...  

Biocatalysis offers an expanding and powerful strategy to construct and diversify complex molecules by C-H bond functionalization. Due to their high selectivity, enzymes have become an essential tool for C-H bond functionalization and offer complementary reactivity to small-molecule catalysts. Hemoproteins, particularly cytochromes P450, have proven effective for selective oxidation of unactivated C-H bonds. Previously, we reported the in vitro characterization of an oxidative tailoring cascade in which TamI, a multifunctional P450 functions co-dependently with the TamL flavoprotein to catalyze regio- and stereoselective hydroxylations and epoxidation to yield tirandamycin A and tirandamycin B. TamI follows a defined order including 1) C10 hydroxylation, 2) C11/C12 epoxidation, and 3) C18 hydroxylation. Here we present a structural, biochemical, and computational investigation of TamI to understand the molecular basis of its substrate binding, diverse reactivity, and specific reaction sequence. The crystal structure of TamI in complex with tirandamycin C together with molecular dynamics simulations and targeted mutagenesis suggest that hydrophobic interactions with the polyene chain of its natural substrate are critical for molecular recognition. QM/MM calculations and molecular dynamics simulations of TamI with variant substrates provided detailed information on the molecular basis of sequential reactivity, and pattern of regio- and stereo-selectivity in catalyzing the three-step oxidative cascade.<br>


2021 ◽  
Vol 121 (4) ◽  
pp. 2292-2324
Author(s):  
Jovan Damjanovic ◽  
Jiayuan Miao ◽  
He Huang ◽  
Yu-Shan Lin

2017 ◽  
Author(s):  
Ευτυχία Κρίτση

Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε εκτενής μελέτη για την αναζήτηση πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων (hits) από χημικές βιβλιοθήκες για τρείς βιολογικούς στόχους, μέσω της εφαρμογής εμπορικά διαθέσιμων in silico τεχνικών και μεθοδολογιών.Οι στόχοι που επιλέχθηκαν ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες πρωτεϊνών με μεγάλο φαρμακευτικό ενδιαφέρον, που όμως παρουσιάζουν διαφορετικό επίπεδο ωριμότητας όσον αφορά την εφαρμογή υπολογιστικών εργαλείωνγια την ανακάλυψη νέων φαρμακευτικών ενώσεων. Συγκεριμένα, οι στόχοι που μελετήθηκαν είναι οι ακόλουθοι:•το ένζυμο της 14-α διμεθυλάσης της λανοστερόλης (CYP51) για την αναζήτηση νέων πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων με αντιμικροβιακές ιδιότητες,•το ένζυμο της HIV τύπου 1 πρωτεάσης (HIV-1 PR) για την αναζήτηση νέων πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων με αντι-HIV δράση,•ο διαμεμβρανικός υποδοχέας της Αγγειοτασίνης ΙΙ (ΑΤ1) για την αναζήτηση νέων πρόδρομων βιοδραστικών με αντιυπερτασική δράσηΟι κυριότερες τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την αναζήτηση πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων περιλαμβάνουν την Εικονική Σάρωση (Virtual Screening) με χρήση Φαρμακοφόρων Μοντέλων (Pharmacophore modeling), τη Μοριακή Πρόσδεση (Molecular Docking), την πρόβλεψη μοριακών ιδιοτήτων καθώς και Προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής (Molecular Dynamics Simulations). Η στρατηγική που ακολουθήθηκε διαφέρει σημαντικά ανά στόχο όσον αφορά τη μεθοδολογική προσέγγιση και την επιλογή των υπολογιστικών εργαλείων-αλγορίθμων, δίνοντας έμφαση στη συμπληρωματικότητα των αποτελεσμάτων τους. Για την ανάδειξη των πρόδρομων βιοδραστικών ενώσεων, πραγματοποιήθηκαν in vitro βιολογικές δοκιμές των ενώσεων που προτάθηκαν μέσω των υπολογιστικών τεχνικών. Οι ενώσεις που επιλέχθηκαν παρουσίασαν ανασταλτική δράση (ή συγγένεια πρόσδεσης) σε ικανοποιητικό εύρος τιμών 102 nM–μΜ για να χαρακτηριστούν πρόδρομες βιοδραστικές. Μείζονος σημασίας είναι και το γεγονός ότι οι δομικοί σκελετοί των προτεινόμενων ενώσεων για κάθε στόχο, είναι διαφορετικοί τόσο μεταξύ τους όσο και συγκρινόμενοι με τα υφιστάμενα φαρμακευτικά μόρια. Ως εκ τούτου, μπορούν να αποτελέσουν κατάλληλα "υποστρώματα" για το επόμενο στάδιο που αφορά τη βελτιστοποίησή τους προς ενώσεις-οδηγούς (hit to lead optimization) και δυνητικά προς νέα φαρμακευτικά προϊόντα.


2019 ◽  
Vol 11 (18) ◽  
pp. 2365-2380
Author(s):  
Aimen K Aljoundi ◽  
Clement Agoni ◽  
Fisayo A Olotu ◽  
Mahmoud ES Soliman

Aim: Blocking oncogenic signaling of B-cell receptor (BCR) has been explored as a viable strategy in the treatment of diffuse large B-cell lymphoma. Masitinib is shown to multitarget LYN, FYN and BLK kinases that propagate BCR signals to downstream effectors. However, the molecular mechanisms of its selectivity and pan-inhibition remain elusive. Materials & methods: This study therefore employed molecular dynamics simulations coupled with advanced post-molecular dynamics simulation techniques to unravel the structural mechanisms that inform the reported multitargeting ability of masitinib. Results: Molecular dynamics simulations revealed initial selective targeting of catalytic residues (Asp334/Glu335 – LYN; Asp130/Asp148/Glu54 – FYN; Asp89 – BLK) by masitinib, with high-affinity interactions via its piperazine ring at the entrance of the ATP-binding pockets, before systematic access into the hydrophobic deep pocket grooves. Conclusion: Identification of these ‘gatekeeper’ residues could open up a novel paradigm of structure-based design of highly selective pan-inhibitors of BCR signaling in the treatment of diffuse large B-cell lymphoma.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document