Selección de moléculas reguladoras de [Ca2+] en miocitos mediante modelización molecular
Fecha
2020-10-16Autor
Vignau Arsuaga, Laura
Metadatos
Mostrar el registro completo del ítemResumen
[ES]El receptor de rianodina (RyR1) es una proteína que es la responsable de
mantener los niveles de calcio intracelular en células musculares (miocitos). En
algunas distrofias musculares se detecta un trasvase de ión calcio del retículo
sarcoplásmico (RS) al citosol dentro de los miocitos provocando la disminución de
la contractibilidad en los músculos. En un estudio anterior de nuestro laboratorio
se ha encontrado que el compuesto triazólico AHK1 tiene actividad restauradora
del flujo de ión calcio en miocitos distróficos actuando sobre RyR1.
El objetivo del trabajo es el estudio computacional de la interacción de una serie de
moléculas diseñadas a partir de AHK1 sobre el sistema Calstabina1/RyR1 con el
fin de seleccionar moléculas optimizadas para minimizar la pérdida de calcio en
músculos distróficos.
El estudio computacional se ha llevado a cabo empleando metodologías que
modelizan las interacciones entre proteínas y ligandos (docking). Para ello se han
utilizado los siguientes programas:
1. CS ChemDraw Ultra (versión 12.0.3.1216)
2. Avogadro (versión 1.2.0)
3. AutoDockTools (versión 1.5.6. Sep_17_14)
4. AutoDock 4.2.1 (ADRR)
5. AutoDock FR (ADFR)
6. VMD 1.9.3
7. Chimera (versión 1.12)
8. LigPlot (versión v. 1.4.5)
Se han realizado 50 cálculos de docking por cada ligando con el fin de obtener
valores estadísticos de las energías de interacción y constantes de inhibición. Del
análisis del resultado también se han obtenido las conformaciones que presentan
las menores energías así como los histogramas de distribución de la energías de
los diferentes grupos de estructuras moleculares (“clusters”).
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Los estudios de docking se han efectuado teniendo en cuenta dos aproximaciones
diferentes. Una, AutoDock Rigid Receptor (ADRR), empleando un receptor rígido
formado por el complejo Calstabina1/RyR1 y otra, AutoDock Flexible Receptor
(ADFR), empleando un receptor con cadenas laterales flexibles.
Las variaciones estructurales de los ligandos estudiados se han realizado en tres
posiciones diferentes de la molécula sobre la estructura de AHK1. Los resultados
indican que el ligando con mayor afinidad contiene los grupos: carboxilato (en un
extremo), bencilo (próximo al carboxilato) y un grupo tiofenilo (en el extremo
opuesto) con un sustituyente amonio y otro sustituyente nitro. Este último grupo
se ha cambiado por una quinolina con un grupo nitro, y ha mejorado los
resultados.
La molécula reguladora de RyR1 más activa descrita previamente es ARM210 con
una energía de enlace (ADRR) de -7.12 kcal/mol la cual se ha minimizado a -10,26
kcal/mol empleando la aproximación ADFR. A partir de aquí se han diseñado
nuevas moléculas AHK, y se ha logrado minimizar aún más la energía,
consiguiendo llegar hasta -14,7 kcal/mol.
Finalmente, con la ayuda del programa LigPlot se han identificado los grupos de las
moléculas optimizadas de AHK y los aminoácidos del complejo Calstabina1/RyR1
que más contribuyen a las interacciones ligando-receptor. Las representaciones se
han realizado con la ayuda de Chimera y VMD. [EN]The ryanodine receptor (RyR1) is a protein that is responsible for maintaining
intracellular calcium levels in muscle cells (myocytes). In some muscular
dystrophies, a transfer of calcium ion from the sarcoplasmic reticulum (SR) to the
cytosol is detected inside the myocytes, causing a decrease in the contractility in
the muscles. In a previous study in our laboratory it was found that the triazolic
compound AHK1 has calcium ion flow restoring activity in dystrophic myocytes
acting on RyR1. The objective of the work is the computational study of the
interaction of series of molecules designed from AHK1 on the Calstabin1 / RyR1
system in order to select optimized molecules to minimize the loss of calcium in
dystrophic muscles.
The computational study has been carried out using methodologies that model the
interactions between proteins and ligands (docking). For this, we have used the
following programs:
1. CS ChemDraw Ultra (12.0.3.1216 version)
2. Avogadro (1.2.0 version)
3. AutoDockTools (1.5.6. Sep_17_14 version)
4. AutoDock 4.2.1 (ADRR)
5. AutoDock FR (ADFR)
6. VMD 1.9.3
7. Chimera (1.12 version)
8. LigPlot (v. 1.4.5 version)
50 docking calculations have been performed for each ligand in order to obtain
statistical values of the interaction energies and inhibition constants. From the
analysis of the result we have also obtained the conformations that show the
lowest energies as well as the distribution histograms of the energies of the
different groups of molecular structures ("clusters").
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The docking studies have been carried out taking into account two different
approaches. One, AutoDock Rigid Receptor (ADRR), using a rigid receptor formed
by the Calstabina1 / RyR1 complex and another, AutoDock Flexible Receptor
(ADFR), using a receptor with flexible side chains.
The structural variations of the studied ligands have been carried out in three
different positions of the molecule on the structure of AHK1. The results indicate
that the ligand with the highest affinity contains the groups: carboxylate (at one
end), benzyl (close to the carboxylate) and a thiophenyl group (at the opposite
end) with an ammonium substituent and another nitro substituent. This last group
has been changed to a quinoline with a nitro group, and has improved the results.
The previously described most active RyR1 regulatory molecule is ARM210 with a
binding energy (ADRR) of -7.12 kcal / mol which has been minimized to -10.26
kcal / mol using the approximation of ADFR. From here, new AHK molecules have
been designed, and the energy has been further minimized, reaching up to -14.7
kcal / mol.
Finally, with the help of the LigPlot program, the groups of the optimized AHK
molecules and the aminoacids of the Calstabin1 / RyR1 complex that contribute
most to ligand-receptor interactions have been identified. The representations
have been made with the help of Chimera and VMD.