Биомаркери во нутриционистичката наука - моделирање на интеракцијата на
Моделирање на интеракцијата на состојките на храната со протеините
Моделирањето на молекуларните интеракции (Молекуларно моделирање) се воспостави како стандарден метод за развој на активни состојки во последните децении. На Институтот за нутриционистички науки при Универзитетот во Потсдам, методите за молекуларно моделирање се користат во интердисциплинарен истражувачки фокус за да се оцени однесувањето на нутриционистички релевантни соединенија на молекуларно ниво. Карактеризацијата на ваквите интеракции заедно со функционалните податоци од утврдените биохемиски и физиолошки тест процедури значително придонесуваат за подобро разбирање на важноста на индивидуалните состојки во храната за спречување на болести зависни од исхраната, како што се кардиоваскуларни болести, карцином, дијабетес мелитус и невродегенеративни болести.
Во однос на биоактивните состојки на храната, покрај ковалентните модификации, се очекуваат ковалентни модификации. Молекулите модифицирани на овој начин можат да бидат и потенцијални „нутриционистички цели“ за кои, слично како „метите за лекови“ како целни молекули во крвта или во телесните клетки, биоактивните агенси специфично се врзуваат и со тоа предизвикуваат ефекти. Покрај тоа, протеините често ја извршуваат својата функција заедно со други биомолекули како лиганди. Овие молекули можат да бидат други протеини (протеински протеински интеракции) или метаболити („интеракција на протеини во мала молекула“) и затоа се вклучени во најширока смисла во насока на „интерактомика“. Суштинска разлика во фармацевтското истражување е тоа што промените во компонентите на храната (протеини) се испитуваат вон-физички, предизвикани од процеси на технологија на храна.
Сл.1 Претставување на можните места за модификации на протеини во протеини за складирање кафе, адаптирани од [1]
Целта на истражувачките активности на молекуларно моделирање се заснова на идејниот и аналитичко-експерименталниот пристап за карактеризирање на интеракцијата на компонентите на храната и метаболитите со разни протеини. Вообичаени методи на молекуларно моделирање се докинг (лиганд на целта; протеини/протеини), студии за молекуларна динамика и хомолошко моделирање на протеини. Овие методи ќе бидат презентирани користејќи неколку примери од нашето истражување.
Докинг студии за молекуларна динамика на протеини од кафе
Кафе е името што го добиваат семето од родот Кафеа, ослободено од кора од овошје и семе. Протеините за складирање во семињата го сочинуваат најголемиот дел од вкупната содржина на протеини. Главната фракција е топчест протеин 11S, што е хексамер. Шесте под-единици од приближно 58 kDa секоја може да се подели на α и β-поддиница под услови на редукција. Зрната кафе се меѓу храната најбогата со хлорогена киселина. Едно од својствата на ваквите фенолни соединенија е нивната подложност на оксидација. Ова овозможува реакции по бербата (во фаза на созревање и по берба) со протеини од кафе. Во текот на процесите на обработка и складирање, фенолните компоненти на растителната храна можат да реагираат со аминокиселините на протеините во храната.
Сл. 2 Т3 излез од ТТР. Прикажана е молекуларната површина околу излезниот канал. Можете да видите дека животната средина се менува од липофилна (зелена) во хидрофилна (златна). Неутралните или помалку изразените својства се прикажани со бела или посветла боја. Понатамошни детали може да се најдат во [4].
Ваквите реакции можат да ги променат физичко-хемиските својства на протеините и нивната хранлива вредност. Протеините имаат различни реактивни странични групи (тиол, хидроксил, амино групи) со кои можат да влезат во ковалентни и не-ковалентни интеракции со фенолни соединенија. Резултатите покажуваат обемна и многу хетерогена формација на додаток со амино страничните ланци на лизин и цистеин (Cys). Создаден е каталог со различни производи за реакција и ваквите можности за реакција беа локализирани и моделирани во зрната зелено кафе. За таа цел, најпрво беше моделиран протеинот од кафе (хомологен модел заснован на обрасци на PDB: 3FZ3-BD, 2D5F-B и 3C3V-A (мономерен) и 3KSC, 2E9Q и 1UD1 (тример); база на податоци за внесување протеини база на податоци pdb - http: // www .pdb.org/pdb/home/home.do), кој го дефинира „фармакофорот“ на реактивните амино странични ланци како помошна функција и симулира реакција или модификација на протеинот од кафе со докинг студии. Деталите за приодите се опишани во [1] и на Слика 1 се прикажани можни модификации на протеините во протеините од кафе.
Сл. 3 Почетната структура од Хансон и сор. [6]; Конечна структура на ново пресметаното злато во боја S1P1; Грешка во почетната структура; конечно повторно пресметани позиции. А) Почетен модел Pdb 3V2Y, Б) Конечен модел S1P1
„Управувана“ (контролирана) молекуларна динамика користејќи го примерот на транстиретинот
Транстиретин (TTR) е еволутивно високо зачуван транспортен протеин за тироидните хормони (T3, T4) и ретинол (во комплекс со RBP4), што се јавува кај луѓето во крвта и цереброспиналната течност [2]. Тоа е хомотетрамер, чии под-единици се состојат од 127 аминокиселини и кој има голем дел од структурите на β-листот [3]. Голем број структури на Х-зраци сега се познати по TTR. Досега, во голема мерка се користеа стандардни методи на молекуларно моделирање (докинг; хомолошко моделирање, дизајн на протеини). Со цел да се испита влијанието на пост-преведувачката модификација на протеините (ПТМ) врз транспортот на тироидните хормони со ТТР, беше користен методот „управувана“ молекуларна динамика (СМД).
Овој пристап нуди можност да се испита динамиката помеѓу врзувањето и дисоцијацијата на биомолекуларниот систем и во нашиот случај да се испита брзината на излез на Т3/Т4 и неговите интеракции со различно модифицираниот ТТР. Со овој метод можевме да докажеме дека ПТМ имаат значително влијание врз брзината со која тироидниот хормон излегува од својата позиција на врзување. Ова резултира, од една страна, од интеракцијата на протеинот со менувачките лиганди и, од друга страна, од промените што се случуваат во излезниот канал, што може да оди толку далеку што е затворен. Ова може да се внесе во контекст на хипо- и хипертироидизам. На слика 2 е прикажана трасата што ја поминал Т3 од ТТР.
Сл. 4 Процесни чекори за развој на хомолошки модел
Студии за моделирање и докинг/врзување на хомологија за рецепторот на сфингизин фосфат
Рецепторите на сфингизин-1-фосфат (S1P1 - S1P5) се мембрано-врзани G-протеински-споени рецептори кои се распоредени во класа А (слично на родопсин). Матичен лиганд за овие рецептори е сфингозин-1-фосфат (S1P). S1P рецепторите се регулирани со S1P и затоа се предмет на автокрина и паракрина регулација со интрацелуларни и вонцелуларни ефекти. S1P посредува во бројни физиолошки ефекти во организмот и исто така е вклучен во патофизиолошките промени. S1P е од особено значење во имунолошките процеси. Со врзување за рецепторот S1P1, тој е одговорен за циркулацијата на лимфоцитите помеѓу крвта, лимфните и лимфните јазли. Ова доведе до воведување на нов лек, финголимод, во третманот на мултиплекс склероза.
Сл. 5 Врзување на „врски со пеперутка“ со S1P1, сп. [5]
Мајкл А. Хансон и сор. ја објави рентген структурата на S1P во научен труд во 2012 година. Резолуцијата на структурата беше околу 3. За нашите истражувања ја користевме објавената структура 3V2W (Слика 3а, Pdb-код - http://www.pdb.org/pdb/home/home.do) [6]. S1P1 беше споен со Т4 лизозим со цел да се добие стабилна протеинска структура за кристализација (слика 3). Со цел да се има структура погодна за нашите истражувања, дефектите во структурата на Х-зраци и фузиониот протеин мораше да се отстранат. За ова беше искористен комбиниран процес на хомолошко моделирање - MD пресметки „Индуциран фит“ докинг (индуцирано вклопување: протеинот е структурно флексибилен како лиганд што треба да се испита). Оваа постапка произлезе од релативно слабата резолуција на структурата на Х-зраци. Потоа, хомолошкиот модел е креиран според процедуралните чекори што ги тестиравме (слика 4, графикон на проток).
Моделот што го развивме тогаш може да се искористи за испитување на нови потенцијални лиганди на S1P1. Со овој модел на рецептор може да се покаже дека новите „соединенија на пеперутките“ (понатамошен развој на имуномодулирачкиот финголимод - FTY720) се во можност да се прицврстат на рецепторот S1P1 (слика 5) [5].
Овие неколку примери покажуваат дека новите врски помеѓу внесувањето на разни состојки на храна, нивните метаболити и нивната интеракција со протеините се одлично претставени со молекуларно моделирање со цел да се карактеризираат ефектите врз одредени болести и со тоа да се даде придонес за нивно спречување и идентификување на причините.
(Прво објавување на статијата: Хоман, Т., Равел, Х. М., Швајгерт, Ф. Ј., Клаузер, Б. (2015) труд и повеќе 1, 18–22)
Категорија: Нутриционистички науки | Интерактомија