174. Eisen J.A. Environmental Shotgun Sequencing: Its Potential and Challenges for Studying the Hidden World of Microbes // PLoS Biol. 2007. V. 5. №3. P. 82.
5. Wilke A., Harrison T., Wilkening J., et al. The M5nr: a novel non-redundant database containing protein sequences and annotations from multiple sources and associated tools // BMC Bioinformatics. 2012. V. 13. №141.
6. Wang Z., Duan L., Liu F., et al. First report of Enterobacter hormaechei with respiratory disease in calves // BMC Veterinary Research. 2020. V. 16. №1.
7. Vidal S., Kegler K., Greub G., et al. Neglected zoonotic agents in cattle abortion: tackling the difficult to grow bacteria // BMC Veterinary Research. 2017. V. 13. №373.
ИССЛЕДОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СТЫКОВКИ НЕЛАРАБИНА С ВИРУСОМ ИММУНОДИФИЦИТА ЧЕЛОВЕКА 4NKK
2 11 С.Н. Шахаб , М.А. Ханчевский , Е.И. Квасюк
белорусский государственный университет, г. Минск, Беларусь
МГЭИ им. А.Д. Сахарова БГУ, г. Минск, Беларусь
E-mail: maks.khanchevskiy@bk.ru
Аннотация: Молекулярный анализ стыковки - важный инструмент для разработки лекарств и молекулярной структурной биологии. Целью молекулярного стыковочного анализа является прогнозирование предпочтительного места связывания, аффинности и активности молекул лекарства и их белковых мишеней. Квантово-химическим моделированием и молекулярным докингом исследовано взаимодействие неларабина с вирусом иммунодефицита человека 4ККК.
Ключевые слова: неларабин, докинг, вирус иммунодефицита человека 4ККК.
Возникновение резистентности к действию лекарственных препаратов требует их постоянного обновления для обеспечения эффективности процесса лечения различных заболеваний. В результате постоянно проводимых научных исследований по поиску биологически активных соединений и появляются препараты нового поколения. Одним из таких соединений является модифицированный нуклеозид 2-амино-6-етокси-9-(Р-0-арабинофуранозил) пурин (неларабин). Это соединение, обладающее противоопухолевой и противовирусной активностью, наряду с флударабином и кладрибином, пополнило арсенал противолейкозных соединений нового поколения [1-3]. Неларабин относится к антиметаболитам пуринового ряда и является аналогом дезоксигуанозина. По механизму своего действия неларабин можно отнести к про-лекарствам, а его активной формой является продукт дезаминирования -арабинофуранозилгуанин (araG), который, превращаясь в клетках в соответствующий 5'-трифосфат, ингибирует синтез ДНК, оказывая цитотоксическое действие. Преимуществом неларабина, как противоопухолевого препарата, в сравнении с araG, является его большая (в ~10 раз) растворимость [2-4]. К недостаткам следует отнести более сложный синтез соединения. К настоящему времени другие биологические
свойства неларабина изучены недостаточно, и их дальнейшее изучение является весьма перспективным.
Для расчета стартовой геометрии молекулы неларабина выбран метод молекулярной механики (ММ+) программного пакета HyperChem 08. Выбор метода ММ+ обоснован тем, что он разработан для органических молекул, учитывает потенциальные поля, формируемые всеми атомами рассчитываемой системы, и позволяет гибко модифицировать параметры расчета в зависимости от конкретной задачи [5]. Стартовую геометрию молекулы дополнительно оптимизировали в среде растворителя (вода) полуэмпирическим методом PM7 программного пакета Gaussian 09W до достижения глобального минимума полной энергии изучаемых систем. Для определения глобального энергетического минимума и наиболее устойчивых конформеров находили и анализировали все стационарные точки на поверхности потенциальной энергии молекулы. Методом PM7 находят оптимизированные геометрические конфигурации, общую энергию молекул, электронные свойства и энтальпию образования вещества [6,7]. Для визуализации результатов использовали программу Gauss View 05 и ChemCraft 1.7. Равновесная геометрия молекулы полуэмпирическим методом PM7 приведена на рисунке 1.
Химическая структура белка 4МКК взята из базы структур белков: https://www.rcsb.org/. Из 26 предложенных структур, имеющих разрешение от 1 до 2А, выбрана молекула 4МКК с разрешением 1.80А и молекулярным весом 10.73 Ша. Выбранная модель была очищена от низкомолекулярных соединений, включённых в структуру белка.
В ходе проведения расчетов найдены 7 возможных комплексов, имеющих значения полных энергий от -245.0075 до -129.6501 кса1/то1. Из полученных комплексов выбор сделан в пользу комплекса, имеющего наибольшее количество межмолекулярных водородных и стерических взаимодействий (рис. 2).
Рис. 1. Структурная формула молекулы неларабина
-с- 1 ^A^VV'rvV.
fw
ГО- ^у
ïH: -7 V"
Л
Рис. 2. Докинг между 4NKK и неларабином
Установлено, что в ходе докинга 4NKK и неларабина возникает 5 водородных связей между аминокислотой Asn 88 и атомом N-9 неларабина, аминокислотами Thr 31, Asp 30 и Thr 91 4NKK и атомами кислорода гидроксильных- и метокси-групп неларабина. При этом аминокислота Asp 30 формирует две водородные связи с атомами кислорода вторичных гидроксильных групп молекулы неларабина (рис. 3).
Рис. 3. Водородные связи между 4NKK и неларабином
Кроме водородных связей имеют место и стерические взаимодействия, в которых участвует ряд аминокислот (рис. 4).
Рис. 4. Стерические взаимодействия между 4NKK и неларабином
В результате проведенного анализа можно предположить, что образование водородных связей и стерических взаимодействий между молекулой неларабина и вирусом иммунодефицита человека способно разрушить белковую структуру 4NKK и вызвать его инактивацию.
Библиографический список
1. Averett D. V. 6-Methoxypurine arabinoside as a selective and potent inhibitors of varicella-zoster virus // Antimicrob. Agents Chemother. 1991. Vol. 35, № 5. P. 851-857.
2. Lambe C.U. 2-Amino-6-methoxypurine arabinoside: an agent for T-cell malignancies // Cancer Res. 1995. Vol. 55. P. 3352-3356.
3. Buie L.W. Nelarabine: a novel purine antimetabolite antineoplastic agent // Clinical Therapeutics. 2007. Vol. 29. № 9. P. 1887-1899.
4. Квасюк Е.И., Зинченко А.И., Шахаб С.Н., Сыса А.Г. Синтез неларабина // Сахаровские чтения 2020 года: экологические проблемы XXI века: материалы 20-й международной научной конференции 21-22 мая 2020 г., г. Минск, Республика Беларусь / под ред. С.А. Маскевича, М.Г. Герменчук - Минск: ИВЦ Минфина. 2020. Ч. 2. С. 73-76.
5. Sheikhi М. New derivatives of (E,E)-azomethines: design, quantum chemical modeling, spectroscopic (FT-IR, UV/Vis, polarization) studies, synthesis and their applications: experimental and theoretical investigations // J. of Molecular Structure. 2018. Vol. 1152. P. 368-385.
6. Shahab S. Synthesis, geometry optimization, spectroscopic investigations (UV/Vis, excited states, FT-IR) and application of new azomethine dyes // J. of Molecular Structure. 2017. Vol. 1148. P. 134-149.
7. Sheikhi М. New derivatives of (E,E)-azomethines: design, quantum chemical modeling, spectroscopic (FT-IR, UV/Vis, polarization) studies, synthesis and their applications: experimental and theoretical investigations // J. of Molecular Structure. 2018. Vol. 1152. P. 368-385.
