Υπολογιστικός σχεδιασμός και σύνθεση αναστολέων του πρωτεϊνικού συμπλέγματος Arp2/3

Αθανασίου, Χριστίνα; Athanasiou, Christina

dc.contributor.author	Αθανασίου, Χριστίνα	el
dc.contributor.author	Athanasiou, Christina	en
dc.date.accessioned	2017-07-24T09:13:06Z
dc.date.issued	2017-07-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45334
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14513
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Σχεδιασμός φαρμάκων με Η/Υ	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση μορίου-οδηγού	el
dc.subject	Διαταραχή ελεύθερης ενέργειας	el
dc.subject	Οργανική σύνθεση	el
dc.subject	Παράγωγα ινδολίου	el
dc.subject	Computer-aided drug design	en
dc.subject	Lead optimization	en
dc.subject	Free energy perturbation	en
dc.subject	Organic synthesis	en
dc.subject	Indole derivatives	en
dc.title	Υπολογιστικός σχεδιασμός και σύνθεση αναστολέων του πρωτεϊνικού συμπλέγματος Arp2/3	el
dc.title	Computational design and synthesis of Arp2/3 complex inhibitors	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μοριακή μοντελοποίηση	el
heal.classification	Συνθετική οργανική χημεία	el
heal.classification	Φαρμακευτική χημεία	el
heal.classification	Drugs--Design	en
heal.classification	Synthetic organic chemistry	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/8a4e0d84a18f5c12d177a4f25f30578f881b9e2e
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/0eac867350d79d82d8ce204ed5bd71f4e192b31f
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/7dab036d952e06a3784bcb46295e9ab9eb254ec9
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh88001157
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/0eac867350d79d82d8ce204ed5bd71f4e192b31f
heal.dateAvailable	2018-07-23T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02-24
heal.abstract	Το πρωτεϊνικό σύμπλεγμα Arp2/3 αποτελεί μέρος του κυτταροσκελετού και συμμετέχει σε πολλές βιολογικές λειτουργίες του κυττάρου. Ο ακριβής όμως τρόπος δράσης του δεν έχει ακόμα διαλευκανθεί πλήρως, λόγω μη ύπαρξης αναστολέων που μπορούν να δράσουν in vivo. Επίσης, η συσχέτισή του με τη μετάσταση του καρκίνου το καθιστά πιθανό αντικαρκινικό στόχο. Ο σχεδιασμός δραστικών αναστολέων μικρού μοριακού βάρους της Arp2/3, που μπορούν να δράσουν in vivo, είναι ένας υποσχόμενος τρόπος αντιστρεπτής αναστολής του ενζύμου. Η αναστολή του ενζύμου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την διερεύνηση των μηχανισμών μέσω των οποίων η Arp2/3 μετέχει στις διάφορες βιολογικές οδούς, καθώς και για την εύρεση δυνητικών αντικαρκινικών φαρμάκων. Στην πρόσφατη βιβλιογραφία αναφέρεται η ανακάλυψη δύο μορίων αναστολέων του συμπλέγματος, τα οποία, όμως, δρουν σε υψηλές συγκεντρώσεις της τάξης μΜ, και ως εκ τούτου υπάρχουν κίνδυνοι μη επιλεκτικότητας στην αναστολή του ενζύμου. Η παρούσα μελέτη εστιάζει στη βελτιστοποίηση ενός εκ των δύο αναστολέων, με κωδικό όνομα CK-666, με στόχο την επίτευξη αναστολής του ενζύμου σε συγκεντρώσεις της τάξης των nΜ. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν υπολογιστικές μέθοδοι πρόβλεψης της ελεύθερης ενέργειας πρόσδεσης και οργανική σύνθεση. Για τη βελτιστοποίηση του CK-666, το μόριο επεκτάθηκε χημικά σε μία νέα υπο-κοιλότητα της πρωτεΐνης με σκοπό να αυξηθούν οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις μορίου-πρωτεΐνης και άρα η δραστικότητά του. Δημιουργήθηκε βιβλιοθήκη μορίων-αναλόγων του CK-666 και τα μόρια που σχεδιάστηκαν ελέγχθηκαν υπολογιστικά ως προς την ελεύθερη ενέργεια πρόσδεσης στην Arp2/3 με μελέτες εικονικής μοριακής πρόσδεσης (docking) και ως προς τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Στη συνέχεια, για τα μόρια που προκρίθηκαν από τη διαδικασία αυτή, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί ελεύθερης ενέργειας με βάση τη θεωρία των Διαταραχών σε συνδυασμό με προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής, οι οποίοι προβλέπουν με ακρίβεια 1 kcal/mol την ελεύθερη ενέργεια πρόσδεσης μορίου-πρωτεΐνης. Τα αποτελέσματα οδήγησαν στην ανακάλυψη ενός μορίου-πιθανού αναστολέα του συμπλέγματος. Μελετήθηκε, επίσης, η δυναμική συμπεριφορά της υπο-κοιλότητας πρόσδεσης κατά τις προσομοιώσεις και ανακαλύφθηκε ο σημαντικός ρόλος των μορίων νερού μέσα στην κοιλότητα. Τέλος, έγιναν ενέργειες σύνθεσης των μορίων της βιβλιοθήκης μέσω των αντιδράσεων Fischer indole και Grandberg για σχηματισμό παραγώγων του ινδολίου και αμινόλυσης αλογονιδίων οξέων για σχηματισμό αμιδίων.	el
heal.abstract	The Arp2/3 complex is a part of cytoskeleton and participates in several biological functions within the cell. However, its exact mechanism of action has not been fully elucidated yet, because no inhibitors able to act in vivo exist up to date. Moreover, its implication in cancer metastasis constitutes Arp2/3 a potential anti-cancer target. The design of small molecule inhibitors of the complex, that can act in vivo, is a promising avenue for the reversible inhibition of the enzyme. Arp2/3 inhibition can be used for the identification of the mechanisms through which Arp2/3 participates in the various biological pathways, as well as for the discovery of potential anti-cancer agents. Recent studies have unveiled two inhibitors of the complex, albeit of low potency (they act in the μM regime), which may lead to off-target effects. The current study focuses on the optimization of one of the two inhibitors, with code name CK-666, which aims to optimize its potency to reach inhibitory concentrations in the nM range. For this purpose, computational methods were used for designing analogs of CK-666 and predicting their binding free energy on Arp2/3, as well as organic synthesis to synthesize promising analogs. Initially, a library of CK-666 analogs was constructed. CK666 was extended using chemical substituents to a new sub-pocket of the protein aiming to increase the intermolecular interactions between the molecule and the protein and thus CK666 potency. The designed compounds were then computationally tested for their binding free energy to Arp2/3 through molecular docking studies and also for their physicochemical properties. Subsequently, for the molecules that passed this procedure, free energy perturbation calculations coupled with Molecular Dynamics simulations were conducted. These calculations predict the binding free energy between a ligand and a protein with an accuracy of 1 kcal/mol. Our results led to the discovery of a CK-666 analog as potential inhibitor of the complex. Also, the dynamic behavior of the sub-pocket was examined throughout the simulations and the important role of water molecules inside the pocket was discovered. Finally, organic synthesis routes of the library molecules were examined through the Fischer indole reaction, the Grandberg reaction for indole derivatives synthesis and acyl chlorides aminolysis for synthesis of amides.	en
heal.advisorName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Τσόπελας, Φώτιος	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	129 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true