Geri Dön

Computational investigation of potential allosteric ERK5 kinase inhibitors

Potansiyel allosterik ERK5 kinaz inhibitörlerinin hesaplamalı araştırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 856809
  2. Yazar: İLAYDA ERDOĞAN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR SERÇİNOĞLU, PROF. DR. ASUMAN DEMİROĞLU ZERGEROĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Biyoinformatik ve Sistem Biyolojisi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Protein kinazlar, çeşitli protein substratlarının fosforilasyonunu katalize ederek memeli hücrelerinde sinyal yolaklarını düzenleyen enzimlerdir. ERK5, kanserle ilişkili hücresel işlevlerde önemli bir role sahip olan MAPK kinaz ailesinin bir üyesidir. Son çalışmalar, ERK5'in yapısının benzersiz olduğunu, kinaz alanına ek olarak bir trans-aktivasyon alanı (TAD) içerdiğini göstermiştir. ERK5'in kanser gelişimindeki rolü nedeniyle etkili ve seçici ERK5 inhibitörlerine ihtiyaç vardır. Ancak tanımlanan ERK5 inhibitörlerinin çoğu Tip 1 kinaz inhibitörüdür ve ATP ile yarışmalı olarak inhibe ederler. Mevcut ortosterik ERK5 kinaz inhibitörleri ya seçicilik sorunlarından muzdariptir ya da TAD alanının paradoksal aktivasyonuna neden olur. Allosterik protein kinaz inhibitörleri ise kinazlarda korunan ATP bağlanma bölgesi yerine alternatif bölgelerde bulunan ceplere bağlanırlar ve bu nedenle hedefledikleri kinaz için yüksek seçiciliğe sahiptirler. Bu tez çalışmasının amacı, ilaç yeniden konumlandırma bağlamında yapı bazlı ilaç keşif yöntemlerini kullanarak potansiyel allosterik ve seçici ERK5 inhibitörlerini tanımlamaktır. İlk olarak, Protein Veri Bankasından temin edilebilen ERK5 yapıları, atomistik moleküler dinamik (MD) simülasyonlarında başlangıç yapıları olarak kullanılacak konformasyonları çıkarmak için kullanılabilecek bir örneklem oluşturmak üzere CABS-Flex algoritması kullanılarak kaba taneli bir biyomoleküler simülasyon prosedürüne tabi tutuldu. Elde edilen topluluğun kümeleme analizi, gromacs 2023.1 ve CHARMM36 kuvvet alanı kullanılarak bir mikrosaniye uzunluğundaki MD simülasyonlarına tabi tutulmak üzere beş temsili başlangıç yapısı ortaya çıkardı. Bu simülasyonlardan elde edilen ERK5 kinaz konformasyonlarındaki potansiyel olarak ilaçlanabilir bağlanma cepleri daha sonra DogSiteScorer algoritması kullanılarak tanımlandı. Daha sonra stabil, ilaçlanabilir ve allosterik potansiyel ligand bağlama ceplerini tanımlamak için hiyerarşik kümeleme uygulandı. FDA onaylı ilaçların belirlenen ceplere moleküler yanaştırma simülasyonları Smina, LeDock ve GOLD kullanılarak gerçekleştirildi. Sonuçları doğrulamak amacıyla, seçilen moleküller için gromacs tarafından 100 nanosaniye uzunluğunda simülasyonlara tabi tutuldu ve MM/PBSA bağlanma serbest enerjileri hesaplandı. Sonuç olarak tafluprost (-37,1 kcal/mol), tirofiban (-31,38 kcal/mol), panobinostat (-29,27 kcal/mol), nebivolol (-29,29 kcal/mol), deksametazon fosfat (-30,08 kcal/mol) ve pitavastatin (-29.38 kcal/mol) moleküllerinin ERK5 kinaz alanı yapısındaki allosterik bağlanma ceplerine en yüksek bağlanma afinitesini gösterdiği bulunmuştur. Dolayısıyla bu ilaçların allosterik ERK5 inhibitörleri olarak yeniden kullanılma potansiyeli vardır.

Özet (Çeviri)

Protein kinases are enzymes that regulate signaling pathways in mammalian cells by catalyzing the phosphorylation of various protein substrates. ERK5 is a member of the MAPK family of kinases that has a prominent role in cancer-related cellular functions. Recent studies have shown that the structure of ERK5 is unique, featuring a trans-activation domain (TAD) in addition to the kinase domain. Due to the role of ERK5 in cancer development, there is an urgent need for effective and selective ERK5 inhibitors. However, the majority of ERK5 inhibitors identified are Type 1 kinase inhibitors and inhibit competitively with ATP. Current orthosteric ERK5 kinase inhibitors either suffer from selectivity issues or cause paradoxical activation of the TAD. Allosteric protein kinase inhibitors, on the other hand, bind to pockets located in alternative regions instead of the ATP binding region, which is conserved in kinases, and therefore have high selectivity for the kinase they target. The aim of this thesis work is to identify potential allosteric and selective ERK5 inhibitors using structure-based drug discovery methods in a drug repositioning context. First, ERK5 structures available from the Protein Data Bank were subjected to a coarse-grained biomolecular simulation procedure using the CABS-Flex algorithm to generate an ensemble that can be used to extract conformations to be used as starting structures in atomistic molecular dynamics (MD) simulations. A clustering analysis of obtained ensemble yielded five representative clusters, which were subjected to one microsecond-long MD simulations using gromacs 2023.1 and CHARMM36 force-field. Potentially druggable binding pockets in ERK5 kinase conformations obtained from these simulations were then identified using the DogSiteScorer algorithm. Hierarchical clustering was then applied to identify stable druggable and allosteric potential ligand-binding pockets. Molecular docking simulations of FDA-approved drugs into identified pockets were performed using Smina, LeDock and GOLD. In order to validate the docking results, 100 nanosecond-long simulations were performed by gromacs for selected molecules, and MM/PBSA binding free energies were computed. As a result, tafluprost (-37.1 kcal/mol), tirofiban (-31.38 kcal/mol), panobinostat (-29.27 kcal/mol), nebivolol (-29.29 kcal/mol), dexamethasone phosphate (-30.08 kcal/mol) and pitavastatin (-29.38 kcal/mol) were found to show the highest binding affinities to allosteric binding pockets on ERK5 kinase domain structure. These drugs thus have the potential to be repurposed as allosteric ERK5 inhibitors.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    951496

    Computational investigation of allostery in dihydroorotate dehydrogenase(DHODH)

    Dihidroorotat dehidrojenaz'da (DHODH) allosterinin hesaplamalı incelenmesi

    HATİCE TUĞBA BAYER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Biyomühendislikİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ARZU UYAR

  2. Tez No

    888294

    Investigation of conformational changes in antibodies using computational methods

    Antikorlarda konformasyonel değişimlerin hesaplamalı yöntemlerle incelenmesi

    MEHMET EMİN AYGEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Biyokimyaİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ARZU UYAR

  3. Tez No

    988545

    A multiscale computational study to elucidate dynamics, reactivity, and inhibition of enzymes

    Enzimlerin dinamiğinin, reaktivitesinin ve inhibisyonunun aydınlatılmasına yönelik hesaplamalı bir çalışma

    ERDEM ÇİÇEK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Hesaplamalı Bilim ve Mühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    PROF. DR. FETHİYE AYLİN SUNGUR

  4. Tez No

    1014173

    DE NOVO FRATAXİN PROTEİNİ TASARIMI: KATLANMA MOTİFLERİ, METAL İYON BAĞLANMA BÖLGELERİ, MOLEKÜLER DOCKİNG VE MOLEKÜLER DİNAMİK SİMÜLASYONLAR İLE OPTİMAL STABİLİTE İÇİN YAPAY ZEKÂ DESTEKLİ YAKLAŞIMLAR

    DE NOVO FRATAXIN PROTEIN DESIGN: AI-ASSISTED APPROACHES FOR OPTIMAL STABILITY THROUGH FOLDING MOTIFS, METAL ION BINDING SITES, MOLECULAR DOCKING AND MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS

    KEVSER KÜBRA KIRBOĞA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    BiyomühendislikSüleyman Demirel Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ECİR UĞUR KÜÇÜKSİLLE

  5. Tez No

    338874

    Investigation of dynamic allostery in motor proteins

    Motor proteinlerin dinamik allosterisinin incelenmesi

    CİHAN KAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    BiyolojiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TÜRKAN HALİLOĞLU

Geri Dön