Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С
Методом комп’ютерного моделювання побудована модель просторової структури протеїнкiнази С (ПКС) у вiльному станi. З метою вивчення можливостi зв’язування з ПКС проведено in silico докiнг ряду лiгандiв з бiлком з використанням програми AutoDock 3.0. Показано, що 2′-5′олiгоаденiлати зв’язуються в акти...
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8013 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С / А.В. Козлов, В.О. Китам, З.Ю. Ткачук // Доп. НАН України. — 2009. — № 3. — С. 171-175. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859833917021880320 |
|---|---|
| author | Козлов, А.В. Китам, В.О. Ткачук, З.Ю. |
| author_facet | Козлов, А.В. Китам, В.О. Ткачук, З.Ю. |
| citation_txt | Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С / А.В. Козлов, В.О. Китам, З.Ю. Ткачук // Доп. НАН України. — 2009. — № 3. — С. 171-175. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Методом комп’ютерного моделювання побудована модель просторової структури протеїнкiнази С (ПКС) у вiльному станi. З метою вивчення можливостi зв’язування з ПКС проведено in silico докiнг ряду лiгандiв з бiлком з використанням програми AutoDock 3.0. Показано, що 2′-5′олiгоаденiлати зв’язуються в активному центрi та утворюють зв’язки з бiлком. Порiвняльний аналiз зв’язування, у тому числi мономерiв — аденозину, епоксiаденозину, виявив, що олiгоаденiлати можуть взаємодiяти з обома цими центрами.
A model of the spatial structure of protein kinase C is built by the computational modeling method. With the aim to explore the possibility of the interaction of 2′-5′ oligoadenylates with protein kinase C in silico, a molecular docking of several ligands with protein kinase has been performed using the AutoDock 3.0 program. It is shown that 2′-5′ oligoadenylates bind to the active center of protein kinase C and interact with some groups of the protein. The comparative analysis of the binding of oligoadenylates with monomers of adenosine and epoxyadenosine has revealed that oligoadenylates can overlap both binding centers.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:33:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 577.113.6
© 2009
А.В. Козлов, В. О. Китам, З. Ю. Ткачук
Молекулярная модель взаимодействия
2′-5′ олигоаденилатов с протеинкиназой С
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины А.И. Корнелюком)
Методом комп’ютерного моделювання побудована модель просторової структури про-
теїнкiнази С (ПКС) у вiльному станi. З метою вивчення можливостi зв’язування
з ПКС проведено in silico докiнг ряду лiгандiв з бiлком з використанням програми
AutoDock 3.0. Показано, що 2′-5′олiгоаденiлати зв’язуються в активному центрi та
утворюють зв’язки з бiлком. Порiвняльний аналiз зв’язування, у тому числi моно-
мерiв — аденозину, епоксiаденозину, виявив, що олiгоаденiлати можуть взаємодiяти
з обома цими центрами.
Ингибирование синтеза белков в вирусинфицированных клетках происходит при учас-
тии низкомолекулярных медиаторов 2′-5′ олигоаденилатов (2–5 OA) с общей формулой
ppp2′-5′ An, где n = 2 ÷ 10 адениновых остатков, которые синтезируются с помощью ин-
терферониндуцируемой двухспиральной РНК-зависимой 2′-5′ олигоаденилатсинтетазы [1].
Биологическая активность таких олигонуклеотидов связана с активацией особого фермен-
та — РНКазы L [2]. Предполагается, что активация фермента возможна только фосфорили-
рованными 2–5 OA [3], причем фосфатные группы обеспечивают связывание 2–5 OA с фер-
ментом. Тример 5′-трифосфат и тример 5′-дифосфат связываются и активируют РНКазу L.
5′-монофосфат связывается с ферментом, но не активирует РНКазу L. В тоже время дефо-
сфорилированные, “коровые” 2–5 OA тримеры не связываются и не активируют РНКазу L.
Однако экспериментально было показано, что дефосфорилированные (“коровые”)
2–5 OA ингибируют синтез ДНК и РНК и, таким образом, проявляют свойства фосфо-
рилированных аналогов 2–5 OA [4]. Механизм действия “коровых” 2–5 OA до настоящего
времени достоверно не изучен. Неизвестны и все возможные белки-мишени. Cледует отме-
тить, что кроме РНКазы L обнаружены и другие возможные мишени для действия 2–5 OA.
Так, в работе [5] показано, что 2–5 OA влияют на активность топоизомеразы 1, причем
ингибирующий эффект на активность топоизомеразы зависит от длины олигомера и от
наличия фосфатных групп. Наиболее значительной ингибирующей активностью обладали
фосфорилированные молекулы олигоаденилатов, которые содержали примерно 10 аденино-
вых остатков. Показано также, что вирусная обратная транскриптаза ингибируется 2–5 OA,
что предполагает образование комплекса олигоаденилата с этим ферментом [6].
Ранее нами было показано, что “коровые” тримеры 2–5 OA оказывают влияние на по-
тенциалзависимые кальциевые каналы, активность которых связана с протеинкиназами [7].
Активность переносчиков кальция связана с их фосфорилированием, которое, в свою оче-
редь, осуществляется протеинкиназами А и С. Ионы Ca2+ и DAG активируют протеин-
киназу C (ПКС), поэтому синергизм в их действии реализуется уже, и прежде всего, на
уровне этого фермента. Также показано, что ПКС фосфорилирует некоторые рецепторы,
изменяя их сродство к лигандам и взаимодействие с G-белком [8].
Для понимания молекулярного механизма действия 2–5 OA необходим анализ про-
странственной структуры их комплексов с мишенями, в том числе с белками, с которыми
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №3 171
они связываются в процессе функционирования. В этой связи с целью выяснения возможно-
го влияния 2–5 OA на активность ПКС нами проведено молекулярное моделирование взаи-
модействия 2–5 OA и их модифицированных аналогов, а также их возможных продуктов
гидролиза с ПКС. Предполагается, что ПКС может быть новой возможной молекулярной
мишенью для связывания олигоаденилатов и, таким образом, влияние олигоаденилатов на
кальциевые каналы может быть обусловлено прямым взаимодействием 2–5 OA с ПКС.
Методы и материалы. Модель пространственной структуры свободной ПКС постро-
ена с использованием таких пространственных структур в базе данных PDB: 2i0e. pdb —
бета II — комплекс каталитического домена ПКС человека с ингибитором бисиндолима-
еимидом; 1zrz. pdb — кристаллическая структура атипичной ПКС — IOTA; 1xjd. pdb —
кристаллическая структура тета-комплекса ПКС со стауроспорином; 2jdo. pdb — структу-
ра бета (AKT2) isoquinoline-5 sulfonic acid (2-(2-(4-chlorobenzyloxy)ethylamino)ethyl)amide.
Модель пространственной структуры ПКС проверяли на устойчивость, используя метод
моделирования молекулярной динамики с помощью программ NAMD [9] и VMD [10] для
визуализации. Моделирование молекулярной динамики проводили в течение 10 пс в окру-
жении растворителя — воды. Условия моделирования: 2776 молекул воды, температура
300 К, бокс представлял собой параллелепипед, в углах которого находилась вода. Получен-
ную устойчивую пространственную структуру использовали для дальнейшего исследования
активного центра ПКС при взаимодействии с лигандами. В качестве лигандов использова-
ли следующие соединения: аденозин, эпоксиаденозин, 2–5 OA димер; димер 2–5 OA эпо-
кси; тример 2–5 OA; тример 2–5 OA эпокси. С целью выявления потенциальных сайтов
связывания лигандов с поверхностью ПКС проводили докинг по стандартной программе
AutoDock 3.0. Анализ полученных моделей связывания лигандов с ПКС, а также обра-
зование вероятных связей лиганда с аминокислотами активного центра ПКС осуществ-
ляли с помощью программы Chimera. Поиск активного центра ПКС и определение кон-
формации лиганда с наименьшей свободной энергией выполняли с помощью программы
Argulab 4.01.
Результаты и их обсуждение. Построенную модель пространственной структуры
свободной ПКС использовали для изучения взаимодействия с лигандами методом компью-
терного докинга. Ранее нами было показано [11], что эпоксипроизводные “коровых” 2–5 OA
обладают значительной биологической активностью и повышенной устойчивостью к дей-
ствию фосфодиэстераз [12]. При ферментативном гидролизе таких соединений образую-
тся адениновые димеры и мономеры [12], которые также могут обладать биологической
активностью. В связи с этим в качестве лигандов нами использованы модифицированные
и нативные мономеры, димеры и тримеры.
На рис. 1 приведены модели связывания указанных лигандов с ПКС и показаны ами-
нокислотные остатки белка в радиусе 5 Å от лиганда, а также вероятные образующиеся
связи лиганда с аминокислотами активного центра ПКС. Величина свободной энергии для
комплекса аденозина с ПКС составила –7,04 ккал/моль, для комплекса эпоксиаденозина
с ПКС — −6,88 ккал/моль. При сравнении связывания с поверхностью ПКС эпоксиадено-
зина и аденозина можно видеть, что эти два лиганда отличаются как энергией связывания,
так и расположением на поверхности каталитического домена ПКС.
Величина свободной энергии связывания для 2–5 АрА (димер) составляет −6,76 ккал/
моль, для димера 2–5 АрА-эпокси — −7,36 ккал/моль.
Методом моделирования изучено образование комплексов тримеров 2–5 АрАрА и 2–5
АрАрА-эпокси с ПКС. Следует отметить, что связывание тримеров олигоаденилатов с ПКС
172 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №3
Рис. 1. Комплекс протеинкиназы С с лигандами: аденозином (А), эпоксиаденозином (Б) и 2–5 АрАрА-эпок-
си (В), полученный путем докинга лиганда. а — связывание лиганда с поверхностью ПКС; б — амино-
кислотные остатки ПКС в радиусе 5 Å от лиганда, а также возможные связи лиганда с аминокислотами
активного центра
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №3 173
отличается наиболее высокой специфичностью. Свободная энергия связывания лиганда 2–5
АрАрА с активным центром ПКС составила −6,99 ккал/моль. Согласно модели этот лиганд
образует связи с 10 аминокислотными остатками активного центра ПКС.
Для комплекса лиганда 2–5 АрАрА-эпокси с активным центром ПКС (см. рис. 1, В)
величина свободной энергии связывания составила –8,98 ккал/моль. Расположение лиганда
в этом комплексе отличается в первую очередь тем, что экранируются молекулы воды
и связи образуются с меньшим числом аминокислотных остатков активного центра ПКС,
в сравнении с 2–5 АрАрА.
Таким образом, наибольшей свободной энергией связывания среди изученных лигандов
характеризуется комплекс 2–5 АрАрА-эпокси олигоаденилата с ПКС.
Ранее нами экспериментально было показано, что дефосфорилированные (“коровые”)
2–5 OA влияют на потенциалуправляемые кальциевые каналы [7]. Фосфорилирование каль-
циевых каналов осуществляется протеинкиназами, в том числе и ПКС. Результаты настоя-
щей работы, полученные путем построения молекулярных комплексов, указывают на воз-
можность прямого взаимодействия 2–5 OA с активным центром ПКС. Установлено, что все
исследованные лиганды связываются с ПКС в пределах каталитического центра на поверх-
ности фермента (см. рис. 1). Наиболее эффективным связыванием отличается эпоксиформа
2–5 АрАрА, причем компактней всего в активном центре ПКС располагается именно этот
лиганд (см. рис. 1, В). В то же время нами показана возможность образования более слабых
комплексов аденозина и эпоксиаденозина с ПКС, что позволяет предположить участие про-
дуктов ферментативного гидролиза тримера 2–5 АрАрА во влиянии на активность ПКС.
Связывание олигоаденилатов с ПКС зависит от вида модификации, при этом лучше
всего связывается эпоксипроизводный тример. Связывание также зависит от количества
мономеров аденина, причем тримеры являются наиболее предпочтительными.
Ранее было показано, что аденин, аденозин и некоторые его производные индуцируют
активность ПКС [13], причем эффект наблюдается только для альфа-изомера, но не для
бета-изомера. Активация аденозином ПКС индуцирует переносчики переноса хлора через
клеточные мембраны [14], активность которых связана с фосфорилированием. С другой
стороны, наличие ПКС необходимо для работы 2–5 синтетазы [15].
Таким образом, методом компьютерного моделирования построена оптимизированная
модель пространственной структуры ПКС в свободном состоянии. Для изучения возмо-
жности связывания 2–5 OA олигоаденилатов с ПКС проведен in silico докинг ряда лиган-
дов с белком. Полученные результаты предполагают возможное прямое взаимодействие
различных аденинсодержащих соединений, в том числе олигоаденилатов, со связывающи-
ми центрами на поверхности ПКС. Сравнительный анализ связывания олигоаденилатов
и аденозина в активном центре ПКС показал, что олигоаденилаты перекрывают адено-
зинсвязывающий центр в ферменте, а также второй сайт, специфичный для эпоксипроиз-
водных. Предполагается, что взаимодействие олигоаденилатов по этим двум сайтам может
приводить к стимуляции взаимодействия ПКС с IP3-рецепторами и последующим высво-
бождением ионов Ca2+.
1. Castelli J. С., Наzzеi В., Wood К. et al. A study of the interferon antiviral mechanism: apoptosis activation
by the 2–5A system // J. Exp. Med. – 1997. – 186, No 2. – P. 967–972.
2. Carroll S. S., Chen E., Viscount T. et al. Cleavage of oligoribonucleotides by the 2′,5′-oligo-adenylate-
dependent ribonuclease L // J. Biol. Chem. – 1996. – 271, No 3. – P. 4988–4992.
3. Castelli J. C., Hassel B. A., Maran A. et al. The role of 2′-5′ oligoadenylate-activated ribonuclease L in
apoptosis // Cell Death Differ. – 1998. – 5, No 1. – P. 313–320.
174 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №3
4. Toninaga A., Saito S., Kohno S. Antiviral effects of 2,5 oligoadenylates (2–5As), and related compounds //
Microbiology and Immunology. – 1990. – 34, No 9. – P. 737–747.
5. Schroder H. C., Kelve M., Schacke H. et al. Inhibition DNA topoisomerase I activity by 2–5 oligoadenylates
and mismatched double-stranded RNA in unifected and HIV – 1-infected H9 cells // Chem. – Biol.
Interact. – 1994. – 90, No 2. – P. 169–183.
6. Liu D.K., Owens G. F. Inhibition of viral reverse transcriptase by 2-5 oligoadenylates // Biochem. and
Biophys. Res. Communs. – 1987. – 145, No 1. – P. 291–297.
7. Kostuyk P.G., Kozlov A.V., Tkachuk Z.Yu. et al. Effect of “core” 2′,5′-oligoadenylates on the phosphorylati-
on-dependent calcium channels in GH3 cells // Укр. биохим. журн. – 1995. – 67, No 1. – P. 26–32.
8. Swartz K. J. Modulation of Ca2+ channels by protein kinase C in rat central and peripheral neurons:
Disruption of G protein-mediated inhibition // Neuron. – 1993. – 11, No 2. – P. 305–320.
9. Phillips J. C., Braun R., Wei Wang et al. Scalable molecular dynamics with NAMD // J. Comput. Chem. –
2005. – 26, No 4. – P. 1781–1802.
10. Humphrey W., DaIke A., Schulten K. VMD – Visual Molecular Dynamics // J. Mol. Graphics. – 1996. –
14, No 1. – P. 33–38.
11. Сидорик Л.Л., Дубей И.Я., Бобык В. И, Козлов А.В. и др. Терапевтические эффекты действия
различных доз 2′-5′-олигоаденилата при экспериментальном миозининдуцированном повреждении
миокарда // Доп. НАН України. – 2001. – № 9. – С. 161–165.
12. Козлов А. В., Ткачук З.Ю. Изучение устойчивости различных аналогов 2,5-олигоаденилатов к дей-
ствию фосфодиэстераз // Биополимеры и клетка. – 1994. – 10, № 1. – С. 47–53.
13. Balazovich K. J., Boxer L. A. Extracellular adenosine nucleotides stimulate protein kinase C activity and
human neutrophil activation // J. Immunol. – 1990. – 15, No 2. – P. 631–637.
14. Fang Yu., Floyd-Smith G. Protein Kinase C Is Required for Induction of 2′,5′-Oligoadenylate Syntheta-
ses // Exp. Cell Res. – 1997. – 234, No 2. – P. 240–248.
15. Schwiebert E.M., Karlson K.H., Friedman P.A. et al. Adenosine regulates a chloride channel via protein
kinase C and G protein in a rabbit cortical collecting duct cell line // J. Clin. Invest. – 1992. – 89, No 3. –
P. 834–841.
Поступило в редакцию 05.08.2008Институт молекулярной биологии
и генетики НАН Украины, Киев
A.V. Kozlov, V.O. Kitam, Z. Yu. Tkachuk
Molecular model of the interaction of 2
′-5′ oligoadenylates with protein
kinase C
A model of the spatial structure of protein kinase C is built by the computational modeling method.
With the aim to explore the possibility of the interaction of 2′-5′ oligoadenylates with protein kinase
C in silico, a molecular docking of several ligands with protein kinase has been performed using the
AutoDock 3.0 program. It is shown that 2′-5′ oligoadenylates bind to the active center of protein
kinase C and interact with some groups of the protein. The comparative analysis of the binding of
oligoadenylates with monomers of adenosine and epoxyadenosine has revealed that oligoadenylates
can overlap both binding centers.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №3 175
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8013 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:33:51Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Козлов, А.В. Китам, В.О. Ткачук, З.Ю. 2010-04-26T15:19:12Z 2010-04-26T15:19:12Z 2009 Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С / А.В. Козлов, В.О. Китам, З.Ю. Ткачук // Доп. НАН України. — 2009. — № 3. — С. 171-175. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8013 577.113.6 Методом комп’ютерного моделювання побудована модель просторової структури протеїнкiнази С (ПКС) у вiльному станi. З метою вивчення можливостi зв’язування з ПКС проведено in silico докiнг ряду лiгандiв з бiлком з використанням програми AutoDock 3.0. Показано, що 2′-5′олiгоаденiлати зв’язуються в активному центрi та утворюють зв’язки з бiлком. Порiвняльний аналiз зв’язування, у тому числi мономерiв — аденозину, епоксiаденозину, виявив, що олiгоаденiлати можуть взаємодiяти з обома цими центрами. A model of the spatial structure of protein kinase C is built by the computational modeling method. With the aim to explore the possibility of the interaction of 2′-5′ oligoadenylates with protein kinase C in silico, a molecular docking of several ligands with protein kinase has been performed using the AutoDock 3.0 program. It is shown that 2′-5′ oligoadenylates bind to the active center of protein kinase C and interact with some groups of the protein. The comparative analysis of the binding of oligoadenylates with monomers of adenosine and epoxyadenosine has revealed that oligoadenylates can overlap both binding centers. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Біологія Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С Molecular model of the interaction of 2′-5′ oligoadenylates with protein kinase C Article published earlier |
| spellingShingle | Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С Козлов, А.В. Китам, В.О. Ткачук, З.Ю. Біологія |
| title | Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С |
| title_alt | Molecular model of the interaction of 2′-5′ oligoadenylates with protein kinase C |
| title_full | Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С |
| title_fullStr | Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С |
| title_full_unstemmed | Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С |
| title_short | Молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой С |
| title_sort | молекулярная модель взаимодействия 2'-5' олигоаденилатов с протеинкиназой с |
| topic | Біологія |
| topic_facet | Біологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8013 |
| work_keys_str_mv | AT kozlovav molekulârnaâmodelʹvzaimodeistviâ25oligoadenilatovsproteinkinazois AT kitamvo molekulârnaâmodelʹvzaimodeistviâ25oligoadenilatovsproteinkinazois AT tkačukzû molekulârnaâmodelʹvzaimodeistviâ25oligoadenilatovsproteinkinazois AT kozlovav molecularmodeloftheinteractionof25oligoadenylateswithproteinkinasec AT kitamvo molecularmodeloftheinteractionof25oligoadenylateswithproteinkinasec AT tkačukzû molecularmodeloftheinteractionof25oligoadenylateswithproteinkinasec |