Дослідження зв’язування бензантронового зонда АБМ з амілоїдними фібрилами інсуліну методами молекулярного докінгу та молекулярно-динамічного моделювання

Анотація

За допомогою молекулярного докінгу та молекулярно-динамічного моделювання (MD) досліджено зв’язування бензантронового зонда АВМ з амілоїдними фібрилами інсуліну людини, які позначено тут як vealyl, lyqlen та Insf, що складалися із амінокислотних залишків 12-VEALYL-17 (B-ланцюг інсуліну), 13-LYQLEN-18 (А-ланцюг інсуліну), 11-LVEALYL-17 (B-ланцюг інсуліну) + 12-SLYQLENY-19 (А-ланцюг інсуліну), відповідно. На першому етапі роботи амілоїдні структури інсуліну було сольватовано та проведено МD еквілібрацію при температурах 300–310 К (у пакеті ГРОМАКС) з використанням позиційних обмежень руху атомів білкового остова, для попередження руйнування β-листів. Виявлено, що релаксація фібрил vealyl призвела до закручення двох β-листів відносно довгої осі фібрили, причому тільки цей тип фібрил залишився стабільним упродовж 20 нс MD-симуляції релаксованих структур. На наступному етапі роботи, фібрили Insf, vealyl, lyqlen, та vealyl (релаксована) було використано для молекулярного докінгу (за допомогою SwissDock), що дозволило визначити типи сайтів зв’язування ABM та стандартного амілоїдного маркеру тіофлавіну Т (ThT) з досліджуваними амілоїдними структурами. Зокрема, у найбільш енергетично вигідному комплексі фібрили vealyl (релаксована) сайт зв’язування для АВМ був розташований на гідрофобній поверхні одного з двох β-листів. MD-симуляція протягом 20 нс призвела до зміни положення АВМ на фібрилі інсуліну – зонд став глибше зануреним у гідрофобну область між двома β-листами, що супроводжувалося взаємодією з такими амінокислотними залишками: 6 LEU, 3 VAL, 2 ALA, 1 TYR та 1 GLU. Значення вільної енергії зв’язування (ΔG_binding) АВМ з фібрилою vealyl (релаксована), що отримано за допомогою GROMACS інструменту GMXPBSA, складало –31.4±1.8 кДж/моль, що узгоджується з оцінкою, отриманою за допомогою флуоресцентних досліджень асоціації ABM з амілоїдними фібрилами інсуліну при температурі 25°C, pH 7.4 (ΔG_binding= ‑ 30.2 кДж/моль). Компонента Леннарда-Джонса домінувала у взаємодії між зондом та фібрилою, кулонівський компонент та компонент неполярної сольватації мали слабкі вклади у сумарне значення , а компонент полярної сольватації мав несприятливий ефект на формування комплексу між АВМ та фібрилою vealyl (релаксована). Отримані результати свідчать про те, що значна специфічність АВМ до амілоїдних фібрил інсуліну, спостерігається, переважно, завдяки сильним гідрофобним взаємодіям між зондом та білком, що супроводжується формуванням підвищеної кількості ван-дер-Ваальсових зв’язків, і також додатково підтверджує спостережувану раніше чутливість спектральних властивостей АВМ до полярності оточення. Таким чином, отримані результати дають більш детальну картину зв’язування бензантронового зонда АВМ з амілоїдними фібрилами інсуліну на атомному рівні, та можуть бути використані у розробці нових флуоресцентних репортерів, що мають високу специфічність до амілоїдних ансамблів інсуліну.