scholarly journals Structural studies of the oncoproteins c-Myc and PI3Kα and development of new synthetic molecules inhibiting their function

2017 ◽  
Author(s):  
Θωμάς Ευαγγελίδης
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Free Energy ◽  
Surface Plasmon Resonance ◽  
In Silico ◽  
Free Energy Calculations ◽  
Structural Studies ◽  
Accelerated Molecular Dynamics ◽  
Microscale Thermophoresis

Το ογκογονίδιο MYC βρίσκεται στο σταυροδρόμι πολλών σημαντικών βιολογικών μονοπατιών που εμπλέκονται στην νεοπλασματική κυτταρική αύξηση και τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Το MYC εμπλέκεται ευρέως σε πολλούς τύπους καρκίνου, όπου μάλιστα υπολογίζεται ότι η έκφραση του είναι αυξημένη ή απορυθμισμένη έως και 70%. Οι όγκοι με αυξημένη έκφραση του MYC συχνά παρουσιάζουν επιθετικούς φαινοτύπους. Παρά την ολοένα αυξανόμενη κατανόηση της βιολογίας του MYC, προς το παρόν δεν υπάρχει κλινικά διαθέσιμη στοχευμένη θεραπεία των όγκων που έχουν αποκτήσει αυξημένη έκφρασή του. Η λεπτομερής γνώση της δομής μιας πρωτεΐνης είναι επιτακτική ανάγκη για την κατανόηση της μηχανικής και της λειτουργίας της. Ωστόσο, εγγενώς αδιάτακτες πρωτεΐνες όπως η c-Myc, υπό φυσικές συνθήκες λαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα δομικά άσχετων διαμορφώσεων, καθιστώντας έτσι τη μελέτη της δομής τους αρκετά πολύπλοκη. Δεδομένου ότι δενέχει προταθεί δομή για το μονομερές c-Myc μέχρι στιγμής, προσπαθήσαμε να προτείνουμε ένα δυνατό σύνολο δομών διαμέσου μιας σειράς προηγμένων πειραμάτων NMR και φασματοσκοπίας CD. Καθένα από αυτά παρέχει διαφοτερικού τύπου δομική πληροφορία, η οποία χρησιμοποιήθηκε ως περιορισμός κατά την διάρκεια των δομικών υπολογισμών. Συλλογικά, τα πειραματικά και τα υπολογιστικά δεδομένα μας συμφωνούν ότι το φερμουάρ λευκίνης (LZ) του c-Myc είναι προδιατεταγμένοπριν από την δέσμευση στο Max και μπορεί να προβάλει την παρακείμενη αδιάτακτη αλυσίδα στην κατάλληλη κατεύθυνση ώστε να επιτευχθεί ισχυρότερη αλληλεπίδραση με το Max. Σε αντίθεση, η βασική περιοχή έλικας-βρόχου-έλικας (BHLH) είναι εντελώς αδιάτακτη, γεγονός που υποδηλώνει ότι δεν μπορεί να έχει άμεσο ρόλο στην έναρξη του ετεροδιμερισμού. Μάλιστα, μια έκταση 23 αμινοξέων στην περιοχή LZ είναι καλά προδιατεταγμένη σε α-έλικα. Αξίζει να σημειωθεί, ότι αυτή η περιοχή του c-Myc πιστεύετο ότι αλληλεπιδρά με ένα 9-μερές πεπτίδιο που προέρχεται από την LZ του Max, το οποίο μπορεί να βλάψει την μεταγραφική δραστικότητα της c-Myc in vivo. Χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό πειραμάτων (NMR, CD) και προσομοιώσεων μεταδυναμικής (metadynamics), προσπαθήσαμε να διερευνήσουμε λεπτομερέστερα τη δυναμική αυτών των σημαντικών πεπτιδίων. Τα ευρήματά μας δείχνουν ότι το 23μερές πεπτίδιο διατηρεί την ελικοειδή δομή του LZ αλλά λυγισμένη στη μέση. Σε αντιπαραβολή, το 9μερές πεπτίδιο είναι εντελώς αδιάτακτο. Επιπλέον, τα δύο πεπτίδια δεν αλληλεπιδρούν, σύμφωνα με τις NMR και CD μετρήσεις μας. Μια βασική προϋπόθεση για να σταματήσει η πορεία της c-Myc πρωτεΐνης προς τον καρκίνο είναι να διακοπεί η αλληλεπίδραση με τον συν-ενεργοποιητή της, Max. Επειδή το μονομερές c-Myc διατηρεί ελάχιστη δομή, χρησιμοποιήσαμε ένα συνδυασμό υπολογισμών σχεδιασμού φαρμάκων βάση ομοιότητας σε γνωστούς προσδέτες (ligand-based drug design), οι οποίοι βασίζονται στη γνώση γνωστών αναστολέων με στόχο την ανακάληψη νέων επιλεκτικών αναστολέων του διμερισμού c-Myc/Max. Από τα 34 υποψήφια μόριαπου παραγγείλαμε και δοκιμάσαμε πειραματικά μέσω των τεχνικών microscale thermophoresis (MST) και surface plasmon resonance (SPR), ένα είχε σταθερά διάστασης (Kd) αρκετά κοντά στη Kd της Max πρωτεΐνης (1 μΜ), η οποία είναι ο φυσικός προσδέτης της c-Myc. Αυτό το μόριο βρέθηκε ότι έχει επίσης αυξημένη κυτταροτοξικότητα σε μια ποικιλία καρκινικών κυτταρικών σειρών που υπερεκφράζουν το c-Myc και πλέον υποβάλεται σε μετρήσεις ιδιοτήτων απορρόφησης, κατανομής, μεταβολισμού και απέκκρισης (ADME) σε ποντίκια που φέρουν c-Myc προκαλούμενους όγκους. Η αποτελεσματική θεραπεία του καρκίνου απαιτεί πολυεπίπεδη στόχευση ογκοπρωτεϊνών. Δεδομένου ότι υπάρχειμια διασύνδεση μεταξύ c-Myc/Max και PI3Kα διαμέσου διασταυρούμενων μονοπατιών, προσπαθήσαμε επίσης να σχεδιάσουμε in silico PI3Kα αναστολείς. Πρώτα μελετήθηκε η δυναμική της άγριου τύπου PI3Kα καθώς και της πρωτεΐνης με τη μετάλλαξη H1047R σε σύμπλοκο μετον αναστολέα PIK-108 διαμέσου προσομοιώσεων επιταχυνόμενης μοριακής δυναμικής (accelerated molecular dynamics) και υπολογισμών ελεύθερης ενέργειας (free energy calculations). Ωστόσο, δεν βρέθηκαν σημαντικές σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο παραλλαγών της πρωτεΐνης. Παρόλα αυτά, αντιπροσωπευτικές διαμορφώσεις από τις μοριακές τροχιές (trajectories) χρησιμοποιήθηκαν για σάρωση in silico χημικών βιβλιοθήκων. Αυτή η εικονική διαδικασία οδήγησε στην ανακάλυψη δύοισχυρών αναστολέων της PI3Kα (με IC50 2.9 και 11.7 μΜ αντίστοιχα), σύμφωνα με τα in vitro πειράματα πρόσδεσης καθώς και τα κυτταρικά πειράματα.

In-silico Design, ADMET Screening, MM-GBSA Binding Free Energy of Some Novel Isoxazole Substituted 9-Anilinoacridines as HER2 Inhibitors Targeting Breast Cancer

2019 ◽  
Vol 11 (2) ◽  
pp. 118-128 ◽  
Author(s):  
Rajagopal Kalirajan ◽  
Arumugasamy Pandiselvi ◽  
Byran Gowramma ◽  
Pandiyan Balachandran
Keyword(s):  
Breast Cancer ◽  
Free Energy ◽  
In Silico ◽  
Therapeutic Potential ◽  
Binding Free Energy ◽  
Breast Cancers ◽  
Molecular Docking Study ◽  
In Silico Admet

Background: Human Epidermal development factor Receptor-2 (HER2) is a membrane tyrosine kinase which is overexpressed and gene amplified in human breast cancers. HER2 amplification and overexpression have been linked to important tumor cell proliferation and survival pathways for 20% of instances of breast cancer. 9-aminoacridines are significant DNA-intercalating agents because of their antiproliferative properties. Objective: Some novel isoxazole substituted 9-anilinoacridines(1a-z) were designed by in-silico technique for their HER2 inhibitory activity. Docking investigations of compounds 1a-z are performed against HER2 (PDB id-3PP0) by using Schrodinger suit 2016-2. Methods: Molecular docking study for the designed molecules 1a-z are performed by Glide module, in-silico ADMET screening by QikProp module and binding free energy by Prime-MMGBSA module of Schrodinger suit. The binding affinity of designed molecules 1a-z towards HER2 was chosen based on GLIDE score. Results: Many compounds showed good hydrophobic communications and hydrogen bonding associations to hinder HER2. The compounds 1a-z, aside from 1z have significant Glide scores in the scope of - 4.91 to - 10.59 when compared with the standard Ethacridine (- 4.23) and Tamoxifen (- 3.78). The in-silico ADMET properties are inside the suggested about drug likeness. MM-GBSA binding of the most intense inhibitor is positive. Conclusion: The outcomes reveal that this study provides evidence for the consideration of isoxazole substituted 9-aminoacridine derivatives as potential HER2 inhibitors. The compounds, 1s,x,v,a,j,r with significant Glide scores may produce significant anti breast cancer activity and further in vitro and in vivo investigations may prove their therapeutic potential.

Synthesis and studies of thiazolidinedione–isatin hybrids as α-glucosidase inhibitors for management of diabetes

2021 ◽  
Vol 13 (5) ◽  
pp. 457-485
Author(s):  
Ramandeep Kaur ◽  
Rajnish Kumar ◽  
Nilambra Dogra ◽  
Ashok Kumar ◽  
Ashok Kumar Yadav ◽  
...  
Keyword(s):  
In Silico ◽  
Binding Free Energy ◽  
Biological Evaluation ◽  
Free Energy Calculations ◽  
Standard Drug ◽  
Glucosidase Inhibitors ◽  
Cytotoxicity Studies ◽  
Cytotoxicity Assessment

Aim: Keeping in view the side effects associated with clinically used α-glucosidase inhibitors, novel thiazolidinedione–isatin hybrids were synthesized and evaluated by in vitro, in vivo and in silico procedures. Materials & methods: Biological evaluation, cytotoxicity assessment, molecular docking, binding free energy calculations and molecular dynamics studies were performed for hybrids. Results: The most potent inhibitor A-10 (IC50 = 24.73 ± 0.93 μM) was competitive in manner and observed as non-cytotoxic. A-10 possessed higher efficacy than the standard drug (acarbose) during in vivo biological testing. Conclusion: The enzyme inhibitory potential and safety profile of synthetic molecules was recognized after in vitro, in vivo, in silico and cytotoxicity studies. Further structural optimization of A-10 can offer potential hit molecules suitable for future investigations.

scholarly journals Synthesis, In Vitro, In Vivo and In Silico Antidiabetic Bioassays of 4-Niztro(thio)phenoxyisobutyric Acids Acting as Unexpected PPARγ Modulators: An In Combo Study

2022 ◽  
Vol 15 (1) ◽  
pp. 102
Author(s):  
Blanca Colin-Lozano ◽  
Héctor Torres-Gomez ◽  
Sergio Hidalgo-Figueroa ◽  
Fabiola Chávez-Silva ◽  
Samuel Estrada-Soto ◽  
...  
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Spectral Analysis ◽  
In Silico ◽  
In Vivo Studies ◽  
In Vitro Expression ◽  
Modes Of Action ◽  
In Vivo Effects ◽  
Orally Active

Four isobutyric acids (two nitro and two acetamido derivatives) were prepared in two steps and characterized using spectral analysis. The mRNA concentrations of PPARγ and GLUT-4 (two proteins documented as key diabetes targets) were increased by 3T3-L1 adipocytes treated with compounds 1–4, but an absence of in vitro expression of PPARα was observed. Docking and molecular dynamics studies revealed the plausible interaction between the synthesized compounds and PPARγ. In vivo studies established that compounds 1–4 have antihyperglycemic modes of action associated with insulin sensitization. Nitrocompound 2 was the most promising of the series, being orally active, and one of multiple modes of action could be selective PPARγ modulation due to its extra anchoring with Gln-286. In conclusion, we demonstrated that nitrocompound 2 showed strong in vitro and in vivo effects and can be considered as an experimental antidiabetic candidate.

scholarly journals An immunoinformatics study: designing multivalent T-cell epitope vaccine against canine circovirus

2021 ◽  
Vol 19 (1) ◽  
Author(s):  
Pankaj Jain ◽  
Amit Joshi ◽  
Nahid Akhtar ◽  
Sunil Krishnan ◽  
Vikas Kaushik
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Amino Acids ◽  
Molecular Docking ◽  
In Silico ◽  
Cell Epitope ◽  
Cost Effective ◽  
Dynamics Simulation ◽  
Cloning And Expression

Abstract Background Canine circovirus is a deadly pathogen of dogs and causes vasculitis and hemorrhagic enteritis. It causes lethal gastroenteritis in pigs, fox, and dogs. Canine circovirus genome contains two main (and opposite) transcription units which encode two open reading frames (ORFs), a replicase-associated protein (Rep) and the capsid (Cap) protein. The replicase protein and capsid protein consist of 303 amino acids and 270 amino acids respectively. Several immuno-informatics methods such as epitope screening, molecular docking, and molecular-dynamics simulations were used to craft peptide-based vaccine construct against canine circovirus. Results The vaccine construct was designed by joining the selected epitopes with adjuvants by suitable linker. The cloning and expression of the vaccine construct was also performed using in silico methods. Screening of epitopes was conducted by NetMHC server that uses ANN (Artificial neural networking) algorithm. These methods are fast and cost-effective for screening epitopes that can interact with dog leukocyte antigens (DLA) and initiate an immune response. Overall, 5 epitopes, YQHLPPFRF, YIRAKWINW, ALYRRLTLI, HLQGFVNLK, and GTMNFVARR, were selected and used to design a vaccine construct. The molecular docking and molecular dynamics simulation studies show that these epitopes can bind with DLA molecules with stability. The codon adaptation and in silico cloning studies show that the vaccine can be expressed by Escherichia coli K12 strain. Conclusion The results suggest that the vaccine construct can be useful in preventing the dogs from canine circovirus infections. However, the results need further validation by performing other in vitro and in vivo experiments.

Integrating Multiple Accelerated Molecular Dynamics To Improve Accuracy of Free Energy Calculations

2018 ◽  
Vol 14 (3) ◽  
pp. 1216-1227 ◽  
Author(s):  
Xiangda Peng ◽  
Yuebin Zhang ◽  
Yan Li ◽  
QingLong Liu ◽  
Huiying Chu ◽  
...  
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Free Energy ◽  
Free Energy Calculations ◽  
Energy Calculations ◽  
Accelerated Molecular Dynamics ◽  
Improve Accuracy

Exploring the Molecular Mechanisms of 17β-HSD5-induced Carcinogenicity of Catha Edulis via Molecular Modeling Approach.

2020 ◽  
Vol 16 ◽  
Author(s):  
Maria Saeed ◽  
Sajda Ashraf ◽  
Rashad Alsanosi ◽  
Hassan A. Alhazmi ◽  
Mohammed AlBratty ◽  
...  
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Molecular Dynamics Simulation ◽  
In Silico ◽  
Molecular Mechanisms ◽  
Dynamics Simulation ◽  
Catha Edulis ◽  
Khat Chewing ◽  
First Time

Background: The tradition of khat chewing has been deep-rooted in the African and Arabian Peninsula for centuries. Due to its amphetamine-like psycho-stimulant or euphoric effect, Khat has been used by millions in Somalia, Ethiopia, Saudi Arabia and Yemen. The long-term use of Khat can induce tremendous health outcomes, which may be serious and irreversible. Objective: Prolong use of Khat constituents has been associated with different types of cancers such as prostatic, breast and ovarian cancer. However, it has been very difficult to identify the molecular targets involved in Khat carcinogenesis that interact with the Khat constituents by in vitro/in vivo experimental tools. Method: In silico tools to predict potential targets involved in the carcinogenesis of Khat. Pass on-line prediction server was used for the prediction of a potential molecular target for Khat constituents. Molecular Dynamics simulation and MMGBSA calculation of the predicted target. Results: Molecular Dynamics simulation and MM-GBSA calculation. Results revealed that among Khat constituents βSitosterol showed high binding affinity towards 17β-HSD5. On the other hand, this study highlights for the first time, some new interactions, which were observed in the case of cathine, cathinone and nerol during the simulation. Conclusion: In silico molecular dynamic simulation tools were used for the first time to investigate the molecular mechanism of widely used leaves of psychoactive Khat (Catha edulis) constituent, which is used extensively all over the world. The present study provides deep insight to understand the effect of Khat constituents involve in the impairment of reproductive system and its binding to 17β-HSD5. ADMET profiling also suggested that few Khat constituents do not fulfill the requirements of Lipinski rule of five i.e. poor absorption and blood-brain barrier impermeability.

scholarly journals Cyclic Peptide Inhibitors of the Tsg101 UEV Protein Interactions Refined through Global Docking and Gaussian Accelerated Molecular Dynamics Simulations

Polymers ◽  
2020 ◽  
Vol 12 (10) ◽  
pp. 2235
Author(s):  
Wen-Wei Lin ◽  
Yu-Jen Wang ◽  
Cheng-Wen Ko ◽  
Tain-Lu Cheng ◽  
Yeng-Tseng Wang
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Free Energy ◽  
Protein Interactions ◽  
Cyclic Peptides ◽  
Cyclic Peptide ◽  
Potential Of Mean Force ◽  
Free Energy Calculations ◽  
Peptide Inhibitor ◽  
Inhibitor Design ◽  
Accelerated Molecular Dynamics

Tsg101 UEV domain proteins are potential targets for virus infection therapy, especially for HIV and Ebola viruses. Peptides are key in curbing virus transmission, and cyclic peptides have a greater survival time than their linear peptides. To date, the accurate prediction of cyclic peptide-protein receptors binding conformations still is challenging because of high peptide flexibility. Here, a useful approach combined the global peptide docking, Gaussian accelerated molecular dynamics (GaMD), two-dimensional (2D) potential of mean force (PMF), normal molecular dynamics (cMD), and solvated interaction energy (SIE) techniques. Then we used this approach to investigate the binding conformations of UEV domain proteins with three cyclic peptides inhibitors. We reported the possible cyclic peptide-UEV domain protein binding conformations via 2D PMF free energy profiles and SIE free energy calculations. The residues Trp145, Tyr147, and Trp148 of the native cyclic peptide (CP1) indeed play essential roles in the cyclic peptides-UEV domain proteins interactions. Our findings might increase the accuracy of cyclic peptide-protein conformational prediction, which may facilitate cyclic peptide inhibitor design. Our approach is expected to further aid in addressing the challenges in cyclic peptide inhibitor design.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document