Selección de moléculas reguladoras de [Ca2+] en miocitos mediante modelización molecular

Abstract

[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”). 4 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"). 6 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.