Obliczenia metadynamiczne w analizie leków przeciwnowotworowych
Kinazy białkowe (PK) są podstawowymi elementami sygnalizacji komórkowej, uczestniczącymi w kontrolowaniu takich procesów, jak proliferacja, różnicowanie i ruchliwość bakterii. Ich przełączanie się między stanem aktywności lub jej braku jest ściśle kontrolowane. Mutacje PK mogą uniemożliwiać ich dezaktywację i przyczyniać się do wielu typów nowotworów. B-Raf jest kinazą białkową należącą do szlaku sygnalizacji RAS-RAF-MEK. Mutacje tego białka występują w 8% wszystkich nowotworów, a w ponad 80% wszystkich przypadków czerniaka występuje aktywująca je mutacja V600E. Wemurafenib i dabrafenib stanowią skuteczne inhibitory B-Raf z mutacją V600E. Mimo to niektórzy pacjenci przyjmujący leki, w wyniku transaktywacji poprzez mechanizm zależny od dimeryzacji, wykształcają wtórne guzy z B-Raf typu dzikiego. Typ dziki B-Raf do pełnej aktywacji wymaga dimeryzacji, a poprzednie badania potwierdziły, że inhibitory B-Raf powodują paradoksalną aktywację poprzez łączenie się z monomerem białka typu dzikiego. Celem finansowanego przez UE projektu KIBINDING (Improving the selectivity of kinase inhibitors: characterizing binding mechanisms of inhibitors targeting inactive states and allosteric sites) było określenie wpływu mutacji V600E na konformację monomeru B-Raf i mechanizm transaktywacji na poziomie molekularnym. Do analizy naukowcy przystosowali obliczeniowe symulacje dynamiki molekularnej (MD) i najnowocześniejszą, ulepszoną metodę pobierania próbek, metadynamikę wymiany replik (PT-metaD). Zastosowanie MD/PT-metaD do obliczania powierzchni energii swobodnej (FES) monomerów B-Raf typu dzikiego i zmutowanych wykazało, że stan aktywacji mutantów jest stabilizowany przez mutację. Metoda FES wykazała również, że mutacja zwiększa barierę inaktywacji przemiany, blokując PK w stanie aktywności. Produkt pośredni w przejściu białka typu dzikiego ze stanu aktywności do dezaktywacji może stanowić potencjalny cel inhibitorów w leczeniu przeciwnowotworowym. Naukowcy przeprowadzili MD na dimerze dzikiego typu, dimerze z mutacją typu V600E, oraz dimerze dzikiego typu z inhibitorem przyłączonym w jednym z miejsc aktywnych. Aby zidentyfikować reszty związane z komunikacją allosteryczną w obrębie dimeru, przeprowadzono analizę składowych oraz sieci elastycznych. Uzyskane wyniki pomogą w ocenie wpływu mutacji na dimeryzację. Jako że wiele mutacji onkogennych skutkuje przejściem PK do konformacji aktywnej, stworzenie inhibitorów nakierowanych na ten właśnie etap może okazać się kluczem w leczeniu nowotworów. Analiza MD/PT-metaD umożliwia badanie mechanizmów wiązania inhibitorów nacelowanych na konformację nieaktywną i miejsca allosteryczne.
Słowa kluczowe
Obliczenia metadynamiczne, lek przeciwnowotworowy, inhibitor, kinaza białkowa, B-Raf, KIBINDING, powierzchnie energii swobodnej
