S pomočjo dostopnih strukturnih informacij vezave inhibitorja klorobiocina smo s kombinacijo farmakofornih modelov in eksperimentov molekulskega sidranja odkrili serijo substituiranih 4,5`bitiazolov kot novih inhibitorjev DNA giraze B z aktivnostjo v nizkem mikromolarnem območju. Celoten razred inhibitorjev smo podrobno študirali tudi z več biofizikanimi tehnikami: DSF, površinsko plazmonsko resonanco (SPR) in mikroscale termoforezo (MST). Vezavo najpomembnejšega inhibitorja smo določili z metodo proteinske kristalografije (x-ray) in pri tem pokazali tudi na odlično ujemanje med eksperimentalno določeno vezavno geometrijo inhibitorja in in silico postavljenim modelom vezave.
COBISS.SI-ID: 4999450
V študiji identifikacije novih inhibitorjev Mur ligaz smo uporabili rezultate razvitega dinamičnega modela premikanja in energetike Cterminalne domene encima MurD (Perdih et al. Proteins 2007 in Perdih et al. CTC 2012) za identifikacijo novega razreda spojin s tiazolnim skeletom, ki delujejo kot inhibitorji MurD ligaze. Izbrali smo več intermediarnih proteinskih struktur, pridobljenih v izvedenih simulacijah tarčne molekulske dinamike (TMD), ki so ustrezale off-path OPS energijskim kriterijem. Pri eksperimentih virtualnega rešetanja smo metode molekulskega sidranja kombinirali s strukturno podprtimi farmakofornimi modeli in GRID mapami MurD ATP vezavnega mesta. Identificirali smo nov inhibitor iz tiazolnega razreda in ga ovrednotili v kinetični študijah na encimu MurD za določitev mehanizma inhibicije. Določili smo tudi Ki za to spojino, ki je bila v dobri korelaciji z IC50 vrednostjo. Simulacije molekulske dinamike vseh uporabljenih proteinskih struktur so ključno pomagale pri razumevanju eksperimentalnih rezultatov kinetičnih meritev. Ti rezultati predstavljajo sodoben primer uporabe multiplih proteinskih struktur pri identifikaciji novih zdravilnih učinkovin.
COBISS.SI-ID: 5462810
Bili smo sodelujoči partner skupaj z raziskovalnima skupinama iz Univerze v Delhiju, Indija in Infectious Disease Research Institute, Seattle ZDA, pri razvoju nove metode določanja inhibicije za celotno kaskado encimo Mur poti (MurA-MurF) iz bakterije M. tuberculosis. Nova metoda ne potrebuje posameznih nukleotidnih intermediatov kot substratov. Metoda je optimizirana za uporabo v rešetanjih visokih zmogljivosti (HTS) za identifikacijo molekul, ki bi se lahko vezale na več tarč v Mur poti. Spojine iz naše odkrite serije furan-benzen monokarboksilatnih inhibitorjev so služile kot modelne spojine za validacijo in potrdile uporabnost novorazvite metodologije ter hkrati tudi uporabnost naših odkritih spojin za širokospektralno inhibicijo Mur ligaz.
COBISS.SI-ID: 6019098
S preiskovanjem sintezne knjižnice molekul z optimiziranimi farmakoforni modeli smo odkrili novo serijo monocikličnih topoizomeraznih II? zaviralcev, ki imajo v svoji strukturi 1,3,5-triazin2(1H)-onski fragment in kažejo izboljšano zaviralno aktivnost v primerjavi z izhodnimi 1,3,5-triazini. Vezavo spojine, ki je izkazovala encimsko aktivnost, smo ovrednotili z novejšo tehniko imenovano mikrotermoforeza (MST) in potrdili vezavo spojine na ATPazno domeno ter določili tudi konstanto vezave Kd. Stabilnost interakcijskega vzorca smo študirali s simulacijo molekulske dinamike (MD). Spojina iz tega razreda pa je močneje zavirala aktivnost razpletanja človeške topoizomeraze II? (topoisomerase II?-mediated decatenation) kot znan zaviralec tega encima - zdravilna učinkovina etopozid. Za to spojino smo tudi pokazali, da ne stabilizira kovalentnega kompleksa, zato tudi ne deluje kot topoizomerazni strup. 1,3,5-triazin-2(1H)-oni predstavljajo tudi prve monociklične katalitične zaviralce z dokazano vezavo v vezavno mesto za ATP.
COBISS.SI-ID: 3886961
Monoaminske oksidaze (MAO) so flavoencimi, ki so pomembni za regulacijo nivojev živčnih prenašalcev in so ene izmed glavnih farmakoloških tarč za zdravljenje depresije in Parkinsonove bolezni. Na osnovi kvantnokemijskih računov smo predlagali nov dvostopenjski mehanizem za MAO-katalizirano oksidativno deaminacijo aminov. V hitrost-omejujočem koraku, flavin preko svojega N5 atom odtegne hidridni anion s substratnega ?- ogljika in tvori kovalentni adukt z nastalim substratni kationom. Temu koraku sledi deprotonacija nabite aminske skupine na N1 atom flavin, ki ga omogočata dve molekuli vode v aktivnem mestu. Tako nastane popolnoma reduciran flavin FADH2 in nevtralni imin. Pokazali smo, da je predlagani mehanizem v skladu z dostopnimi eksperimentalnimi podatki in da polarni nukleofilni mehanizem in radikalski mehanizem nista ustrezna. Ti rezultati nudijo nove koristne informacije za mehanistične študije na drugih flavoencimih in za razvoj novih antidepresivov in antiparkinsonikov.
COBISS.SI-ID: 5142810
Zbrali smo eksperimentalne kinetične konstante hitrosti za kemijske procese , ki so odgovorni za razvoj in napredek nevrodegeneracije. Esencialno komponento predstavlja encimska in neencimska razgradnja biogenih nevrotransmiterjev in njihovih reaktivnih in nevrotoksičnih metabolitov. Bruto shema nevrodegeneracijo na molekularnem nivoju temelji na dveh poteh. Pri prvi reaktivne kisikove zvrsti oksidirajo ione težkih kovin, ki interagirajo z alfa-sinukleinom in ga pretvorijo v netopno beta obliko, ki se odlaga kot amiloidni plak. Plak preprečuje delovanje vezikularnega transporta , kar vodi k postopni smrti nevronov. Pri drugi poti reaktivne kisikove zvrsti kemijsko razgrajujejo membrane nevrona. Ta analiza je uporabna pri razvoju strategij za preprečevanje in zdravljenje nevrodegeneracije in bo v pomoč pri razvoju splošnega kinetičnega modela nevrodegeneracije.
COBISS.SI-ID: 5723162
Preučevali smo učinek točkovne mutacije Y326I na kinetiko oksidativne deaminacije feniletilamina (PEA), kataliziranega z encimom monoamin oksidaze B (MAO B). PEA je nevromodulator, ki lahko vpliva na plastičnost možganov in je endogeni amfetamin, ki je odgovoren za učinek dviga razpoloženja, ki ga povzroča telesna vadba. Primerjava reakcijskih profilov, dobljenih s simulacijo reakcije na divjem tipu MAO B in njegovem mutantu Y326I, povzroči povečanje bariere pri mutantu za 1.06 kcal/mol, kar ustreza približno 6-kratnemu zmanjšanju reakcijske hitrosti. To se odlično ujema z eksperimentalnimi kinetičnimi študijami.
COBISS.SI-ID: 6321434
V članku proučujemo selektivnost dveh izoencimov monoamino oksidaze (MAO A in MAO B) do substrata adrenalina, pri čemer uporabljamo multiskalno simulacijsko metodologijo empirične valenčne vezi (EVB). Za encim MAO A znaša izračunana prosta energija aktivacije 17.3 ± 0.4 kcal/mol, medtem ko je za MAO B 15.7 ± 0.7 kcal/mol. Obe vrednosti se zelo dobro ujemata z eksperimentalnimi podatki, ki zanšajo 16.6 kcal/mol za MAO A in 16.0 kcal/mol za MAO B. Ker smo z računom pravlilno napovedali selektivnost encimov in kinetiko reakcije, je to posredno tudi potrditev reakcijskega mehanizma s prenosom hidridnega iona, ki smo ga predpostavili v modelu. Pokazali smo tudi, da adrenalin vstopa v reakcijo v nevtralni (neprotonirani) obliki, saj je prosta energija aktivacije za protonirani substrat mnogo višja. Rezultati so pomembni za mehanistične študije encimov MAO in za ovrednotenje vpliva encimov MAO na koncentracijo adrenalina v centralnem živčnem sistemu in drugih tkivih.
COBISS.SI-ID: 6282778
Ideja, da je nuklearno tuneliranje okrepljeno s krajšanjem razdalje donor-akceptor, je sprožilo vrsto raziskav. Nedavne študije so pokazale, da je ta predlog skladen z učinki tlaka na encimske reakcije in da opaženi tlačni učinki podpirajo zamisel o vibracijski katalizi. Skrbna analiza tekoče literature razkriva resne neskladnosti v dokazih, ki so predstavljeni v podporo tem hipotezam. Očitno se tuneliranje zmanjša ob zunanjem tlaku. Tuneliranje se z zunanjim tlakom zmanjšuje. Zunanji tlak ne daje dejanskih dokazov za vibracijsko inducirano katalizo. Temperaturna odvisnost spremembe entropije v reakcijah prenosa hidrida se da razložiti s preprostimi efekti elektrostatike.
COBISS.SI-ID: 4420378
Članek opisuje uporabo različnih sodobnih računskih biokemijskih metod, za izboljšanje razumevanje odnosa med strukturo in funkcijo kompleksnih bioloških sistemov, vključno z ionskimi kanali, transporterji, receptorji in metabolnimi encimi. Predstavljen je kratek uvod v različne računske tehnike. Osredotočili smo se na družino encimov monoaminske oksidaze, ki katalizirajo razgradnjo aminskih nevrotransmiterjev v različnih delih možganov, katerih neravnovesje je povezano z razvojem številnih nevrodegenerativnih in psihiatričnih bolezni. Inhibitorji, ki delujejo pretežno na MAO A, se uporabljajo pri zdravljenju depresije zaradi njihove sposobnosti zvišanja nivoja serotonina, medtem ko inhibitorji MAO B zmanjšujejo degradacijo dopamina in izboljšajo nadzor motorike pri bolnikih s Parkinsonovo boleznijo. Naši rezultati kažejo, da obe izoobliki MAO, A in B delujeta prek mehanizma prenosa hidridnega iona, kar je pomembno pri racionalni zasnovi novih zaviralcev MAO. Dotaknili smo se relevance MAO kataliziranih reakcij in inhibicije MAO v kontekstu nevrodegeneracije.
COBISS.SI-ID: 5942554