Calcoli metadinamici per l’analisi dei farmaci anticancro
Le protein-chinasi (PK) sono gli elementi principali della segnalazione cellulare che aiutano a controllare processi quali proliferazione, differenziazione e mobilità cellulari. La loro transizione da stato inattivo a stato attivo è strettamente controllata. Le mutazioni delle PK potrebbero bloccarle allo stato attivato e sono associate a molti tipi di cancro. B-Raf è una PK che fa parte della via di segnalazione RAS-RAF-MEK. È mutata nell’8% di tutti i casi di cancro e l’80 % di tutti i casi di melanoma ha una mutazione V600E che attiva la proteina. Per l’inibizione di B-Raf con V600E sono stati usati con successo vemurafenib e dabrafenib. Ma alcuni pazienti che assumono questi farmaci sviluppano tumori secondari con B-Raf wild-type come risultato di transattivazione attraverso un meccanismo che dipende dalla dimerizzazione. B-Raf wild-type ha bisogno della dimerizzazione per un’attivazione completa e studi precedenti hanno confermato che gli inibitori di B-Raf causano attivazione parossistica legandosi al monomero delle proteine wild-type. L’obiettivo del progetto KIBINDING (Improving the selectivity of kinase inhibitors: characterizing binding mechanisms of inhibitors targeting inactive states and allosteric sites), finanziato dall’UE, era determinare l’effetto della mutazione V600E sulla conformazione del monomero B-Raf e sul meccanismo di transattivazione a livello molecolare. Per l’analisi gli scienziati hanno adottato simulazioni computazionali di dinamica molecolare (MD) e un metodo di campionamento di ultima generazione ottimizzato: la metadinamica “parallel-tempering” (PT-metaD). L’applicazione di MD/PT-metaD per calcolare le superfici di energia libera (FES) dei monomeri B-Raf wild-type e mutanti ha mostrato che lo stato attivo del mutante è stabilizzato dalla mutazione. Le FES hanno anche rivelato che la mutazione accresce la barriera per la transizione allo stato di inattivazione, bloccando la PK allo stato attivo. L’intermedio nella transizione del wild-type da attivo a inattivo potrebbe essere un potenziale target nella progettazione di inibitori per il trattamento del cancro. I ricercatori hanno eseguito MD sul dimero wild-type, il dimero mutante V600E e il dimero wild-type con un inibitore legato in uno dei siti attivi. Sono state eseguite l’analisi dei componenti e l’analisi delle reti elastiche per identificare residui coinvolti nella comunicazione allosterica all’interno del dimero. I risultati ottenuti aiuterebbero a valutare l’effetto della mutazione sulla dimerizzazione. Poiché molte mutazioni oncogene causano un passaggio alla conformazione attiva delle PK, sviluppare inibitori che bersaglino questo stadio potrebbe rivelarsi la chiave per il trattamento del cancro. L’analisi MD/PT-metaD permette di studiare i meccanismi di legame degli inibitori che bersagliano la conformazione inattiva e i siti allosterici.
Parole chiave
Calcoli metadinamici, farmaco anticancro, inibitore, protein-chinasi, B-raf, KIBINDING, superfici di energia libera
