Investigation of drug resistance mechanisms for antiandrogen prostate cancer drug enzalutamide using molecular dynamics simulations

Moleküler dinamı̇k simulasyonları kullanarak prostat kanserı̇nde kullanılan enzalutamı̇d ilacına karşı gelı̇şen ı̇laç dı̇renç mekanı̇zmasının araştırılması

PDF İndir

Tez No: 639425
Yazar: BEHZAD ASLANI AVILAQ
Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEFER BADAY
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: Biyofizik, Biophysics
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2020
Dil: İngilizce
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Bilişim Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Bilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Bilişim Uygulamaları Bilim Dalı
Sayfa Sayısı: 87

Özet

Prostat kanseri, akciğer kanserinden sonra erkeklerde en sık görülen kanser türü olup, kansere bağlı ölümler arasında önde gelen bir ölüm sebebidir. Androjen reseptör (AR) prostat gelişimi ve büyümesinde transkripsiyon faktörü olarak işlev görür ve düzenleyici rol oynar. Aşırı aktif androjen reseptörünün, prostat kanseri hastalığı olan hastalarda aşırı hücre büyümesine veya kanser hücrelerinin çoğalmasına neden olduğu görünmüştür. Doğal androjenik testosteron (TES) ve dihidrotestosteron (DHT) gibi hormonlar androjen reseptörüne bağlanarak ve onu aktif ederek prostat kanseri gelişiminde önemli bir rol oynamaktadır. Daha önceki çalışmalarda birkaç ilaç molekülü prostat kanseri tedavisi için geliştirilmiştir. Flutamid, Bicalutamid ve Enzalutamid (ENZ) molekülleri, AR-LBP'ye bağlanarak androjenlerin AR'ne bağlanmasını önler. TES ve DHT gibi agonistler AR'nü, AF2 bölgesini stabilize ederek aktif ederler, ancak antagonist bağlanan AF2 bölgesi dengesizleştiğinde AR'nün deaktivasyonuna yol açar. Yukarıda bahsedilmiş olan antiandrojenler arasında, Enzalutamid molekülü en yeni ve güçlü olanıdır. Klinik çalışmalarda, Enzalutamid tedavisinin radyografik ilerlemeyi önemli ölçüde azalttığı ve kemoterapi ihtiyacını geciktirdiği görülmüştür. Son zamanlardaki çalışmalarda ise Enzalutamid'e karşı ilaç direncinin meydana geldiği tespit edilmiştir. Prostat kanserinin gelişimi ve ilerlemesi androjen stimülasyonuna bağlıdır. Bu nedenle, antiandrojen ilaç mollekülleri AR sinyal fonksiyonunu hedefler ve inhibe eder. Enzalutamid, doğal-tip ARlerinde AR sinyallemesini düzgün bir şekilde inhibe eder, ancak F876I ve F876L gibi mutasyonlar Enzalutamid'in antagonistik aktivitesini ortadan kaldırır. Bu direncin moleküler mekanizmaları bilinmediğinden, bu çalışmada Moleküler Dinamik simülasyonları kullanılarak bu mekanizmanın moleküler düzeyde araştırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda WT-AR, AR ile Testosteron ve farklı AR mutantları ile Enzalutamid kompleksinin çeşitli varyasyonlarının yer aldığı 1 mikrosaniye uzunluğunda klasik ve hızlandırılmış MD (AMD) simülasyonları gerçekleştirilmiştir. AMD simülasyonları ile uzun vadede AR'deki büyük yapısal değişikliklerin yakalanabileceği düşünülmüştür. AR-Enzalutamide kompleksinin deneysel yapısı henüz çözülemediğinden, MD simülasyonundan önce Enzalutamid molekülünün androjen reseptörüne yapı bazlı hesaplamalar ile yerleştirilmesi işlemi yapılmıştır. Belirtilen proteinin davranışı hakkında daha ayrıntılı bilgiye erişebilmek ve ayrıca her bir simülasyon sisteminin replikasyonu arasındaki kritik farklılıkları belirlemek için her bir sistemin çoklu replikasyonu simüle edilmiştir. Tüm moleküler dinamik simülasyonları Charmm-gui web sunucusunda Charmm-36 kuvvet alanı parametreleri kullanılarak oluşturulmuştur. Simülasyon sistemlerine TIP3P'ye ait su molekülleri ilave edilmiş ve proteinden 12Å uzaklığa sahip çözünen atomlar ile dikdörtgen şeklinde bir su kutusu oluşturulmuştur. Simülasyonları çalıştırmak için Nano Ölçek Moleküler Dinamik (NAMD) paketi kullanılmıştır. AR'nün yabani AR (AR-WT) yapısının yanı sıra mutant AR yapıları olan F876I, F876L, F876Y, T877A-F876L ve T877A da kullanılmıştır. Enzalutamid, AR-WT, AR-F876Y ve AR-T877A sistemlerinde antagonist görevi görmekteyken; AR-F876I, AR-F876L, AR- T877A-F876L sistemlerinde agonist görevi görmektedir. Mevcut çalışmalar, H12'nin yer değiştirmesi veya kararsızlığının, Enzalutamid'in antagonist ile agonist aktiveteleri arasındaki farklılaşmaya neden olabileceğini göstermektedir. Ancak sarmal12'nin kararsızlığına yol açan etkileşimler açıkça anlaşılamamıştır. Bu çalışmada MD ve AMD simülasyonları yapıldıktan sonra, H12'nin hareketine yol açan etkileşimlerle ilgili detaylı bilgi edinebilmek için farklı analizler yapılmıştır. Bu analizler çoğunlukla Ambertools16, Pycontact ve VMD içindeki bir MD simülasyon analiz aracı olan Cpptraj kullanılarak yapılmış ve Python 2.7 programlama dili ile görselleştirilmiştir.Kümeleme, PCA, RMSD, RMSF, Çapraz Korelasyon etkileşimi ve uzaklık analizleri tüm simülasyonlar için gerçekleştirilmiştir. Simülasyon bazında ihtiyaçlara bağlı olarak sonuçların yorumlanması için simülasyon yörüngeleri üzerinde daha farklı analizler de gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçları, kristal yapıda bükülmüş durumda bulunan H11'deki bükülmenin H12 stabilitesinde kayba yol açabileceğini düşündürmektedir. Apo AR ve AR'nün, Testosteron ile birlikte bulunduğu komplekslerin simülasyonlarında bükülme nadir olarak gözlenmiştir. Aksine, AR'nün Enzalutamid içeren komplekslerin, özellikle antagonist aktiviteyi ortadan kaldıran mutasyonlarla oluşturulan simülasyonlarda, H11 bükülmesinin çok sık gözlendiği görülmüştür. Ayrıca simülasyon analizlerine göre Enzalutamid bağlanmasının, H11'in direncini kaybetmesini tetiklediği ve H10 ile birlikte düz bir sarmal haline gelmesine neden olduğu çıkarımı yapılmıştır. H11'deki bükülmenin kaybedilmesi ile birlikte, H3 ile H11 ve H12 arasında yer alan döngü arasındaki etkileşimlerin kaybı ile sonuçlandığı görülmüştür. Sonuç olarak bu durum H10 ve H11 arasında daha fazla etkileşime neden olmuş ve bu da onun düz bir sarmal gelmesine neden olmuştur. MD ve AMD simülasyonlarının sonuçları, antagonist bağlanmanın H12 üzerindeki etkiye yol açan etkileşimlerin agonist bağlanmadakinden farklı olduğunu göstermektedir. ENZ, AR-LBP'ye bağlandığında, Enzalutamid ile L701 ve N705 tortuları arasındaki etkileşimler nedeniyle H11 ve H12 arasında yer alan L701, N705 ve F891 tortuları arasındaki etkileşimler azalmıştır. Bu durumun H3 ile H11 ve H12 arasında yer alan uzaklığın artmasına neden olduğu görülmüştür. Belirtilen döngüdeki esnekliğinin artması nedeniyle H12'nin H3'ten uzaklaşmış olduğu, böylece LBP'den dışarı doğru hareket ettiği gözlenmiştir. H12'nin hareketi AR'nin AF2 bölgesini bozarak koaktivatör bağlanması için uygun olmayan bir bölge haline gelmesine, sonuç olarak da AR'nin normal transkripsiyon aktivitesinin baskılandığı görülmüştür. FEP simülasyonlarının sonuçlarında ise ENZ'nin antagonist AR'ye bağlanma enerjisinin, agonist AR'ye bağlanma enerjisinden yüksek olduğu görülmüştür. Bu durumda antagonist ENZ'nin AR'ye daha iyi bağlandığı çıkarımı yapılabilir. Agonist ENZ'nin daha zaif bağlandığı görünmektedir. Bu durumda ENZ AR'nin bağlanma bölgesine bağlanınca gereken etkileşimler sağlanmamaktadır, ve bu nedenle H12'nin bahsedildiği bağlanma bölgesinden uzağa doğru hareketi görünmemektedir. H12 LBP'ten uzaklaşmadığı durumda, AF2 bölgesi bozulmamaktadır. Mevcut çalışma sonucunda Enzalutamid bağlanması üzerine ilaç direncine yol açan önemli etkileşimlerin nasıl oluştuğuna dair detaylı bilgiler elde edilmiştir. Bu etkileşimler yeni ilaç tasarımı için çok önemlidir.

Özet (Çeviri)

Prostate cancer is the most common cancer type in males after lung-cancer. It is a leading death reason amongst cancer-related deaths. Several drug molecules have been developed for the treatment of prostate cancer. Among those, Enzalutamide molecule is the most recent and potent one. In clinical studies, Enzalutamide therapy reduced significantly radiographic progression and delayed the need for chemotherapy. Despite this success, recently it has been discovered that drug resistance against Enzalutamide occurred. Development and progression of the prostate cancer depends on the androgen stimulation. Therefore, antiandrogen drug molecules target and inhibit Androgen Receptor (AR) signaling function. Enzalutamide properly inhibits AR signaling in wild-type ARs, however two point mutations as F876I, and F876L abolish the antagonistic activity of enzalutamide. The molecular mechanisms of this resistance remain elusive. Thus, this study investigated the mechanism of this resistance at the molecular level using Molecular Dynamics (MD) simulations. We performed one micro-second long classical and accelerated MD simulations of WT-AR, AR with Testosterone and, several AR mutants in complex with Enzalutamide. The experimental structure of AR-Enzalutamide complex has not been solved yet. Thus, prior to MD simulation we performed docking of Enzalutamide into androgen receptor. Current studies suggest that displacement or instability of the H12 might be causing the switch between antagonist to agonist activity. However, what interactions lead to the instability of helix12 have not been understood clearly. Our simulations suggest that unbending of H11 (at the crystal structure it is in bend structure) could lead to the loss in stability of H12. In the simulations of Apo AR and AR with Testosterone, the unbending is rare. On the contrary, the simulations of AR with enzalutamide, particularly with mutations abolishing antagonist activity, the unbending of H11 becomes too frequent. The current study found an important pathway of interactions which lead to drug resistance upon enzalutamide binding.

Benzer Tezler

Tez No
872895
LNCaP hücrelerinde makrofaj kaynaklı enflamatuar çevresel stresle indüklenen entegre stres yanıtının tümör progresyonu ve antiandrojen terapötik yanıtları üzerindeki etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of M1 polarized macrophages-mediated inflammatory environmental stress induced integrated stress response on tumor progression and antiandrogen therapeutic efficacy in LNCaP cells
FATİH HUNÇ
Doktora
Türkçe
2022
Biyokimya Kocaeli Üniversitesi
Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELTEM ÖZLEN DİLLİOĞLUGİL
DR. ÖĞR. ÜYESİ KEREM TEKE
Tez No
537799
Multiple myeloma kanser hücrelerinde bortezomibe karşı oluşan çoklu ilaç direnç mekanizmasının araştırılması
Investigation of multi̇ple drug resistance mechanism developed agai̇nst to bortezomib in multiple myeloma cancer cells
GÜL KOZALAK
Doktora
Türkçe
2019
Biyoloji Aksaray Üniversitesi
Biyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE ÖKSÜZOĞLU
Tez No
770296
Investigation of clonal evolution in capecitabine resistant Caco-2 and irinotecan resistant HT-29 cell lines by using cellular barcoding technology
Kapesitabine dirençli Caco-2 ve irinotekana dirençli HT-29 hücre hatlarında klonal evrimin hücre barkodlama teknolojisi kullanılarak araştırılması
NURSEDA DANIŞIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Biyoloji Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ACAR
DOÇ. DR. CAN ÖZEN
Tez No
494388
Kronik myeloid lösemi hücre hattında tirozin kinaz inhibitörlerine karşı direnç mekanizmalarının araştırılması
Investigation of resistance mechanisms against tyrosine kinase inhibitors in chronic myeloid leukemia cell line
SEDA BAYKAL KÖSE
Doktora
Türkçe
2018
Hematoloji Dokuz Eylül Üniversitesi
Tıbbi Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEYNEP YÜCE
Tez No
647667
Transcriptomics-based investigation of drug resistance mechanisms in triple-negative breast cancer cell lines
Üçlü-negatif meme kanseri hücre hatlarının ilaç direnç mekanizmalarının transkriptomiks-bazlı incelenmesi
RÜÇHAN EKREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Biyoistatistik Acıbadem Mehmet Ali Aydınlar Üniversitesi
Biyoistatistik ve Tıp Bilişimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN UĞUR SEZERMAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ PERİNUR BOZAYKUT EKER

Geri Dön