Βελτιστοποίηση του αναστολέα CΚ-869 του συμπλέγματος πρωτεϊνών Αrp2/3

Τυράσκης, Ιωάννης; Tyraskis, Ioannis

dc.contributor.author	Τυράσκης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Tyraskis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2017-12-13T09:54:13Z
dc.date.issued	2017-12-13
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46090
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14994
dc.rights	Default License
dc.subject	Drug design	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Inhibitor	en
dc.subject	Molecular dynamics	en
dc.subject	Free energy perturbation	en
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Αναστολέα	el
dc.subject	Σχεδιασμός φαρμάκων	el
dc.subject	Προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής	el
dc.subject	Στατιστική μηχανική	el
dc.title	Βελτιστοποίηση του αναστολέα CΚ-869 του συμπλέγματος πρωτεϊνών Αrp2/3	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Σχεδιασμός χημικών προιόντων	el
heal.dateAvailable	2018-12-12T22:00:00Z
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-09-28
heal.abstract	Το πρωτεϊνικό σύμπλεγμα Arp2/3 βρίσκεται, κυρίως, σε ευκαρυωτικά κύτταρα και συμμετέχει σε πολλές βιολογικές λειτουργίες του οργανισμού με σημαντικότερη τη ρύθμιση του πολυμερισμού της ακτίνης. Η δράση του συμβάλλει στην κυτταρική μετανάστευση, μια φυσιολογική λειτουργία του οργανισμού, αλλά η υπερέκφραση του γονιδίου που κωδικοποιεί την Arp2/3 συνδέεται με τη παθογένεση και τη μετάσταση του καρκίνου. Επίσης, ο μηχανισμός λειτουργίας δεν έχει διαλευκανθεί πλήρως, γιατί η απομόνωση του γονιδίου είναι θανατηφόρα. Συνεπώς, η ανακάλυψη μικρών μορίων που θα μπορούν να αναστείλουν αντιστρεπτά τη δράση του πρωτεϊνικού συμπλέγματος in vivo, αποτελεί επιτακτική ανάγκη τόσο για τη χρήση τους ως αντικαρκινικού φαρμάκου, όσο και για την κατανόηση του τρόπου δράσης του συμπλέγματος. Ο CK-869, είναι ένας αναστολέας της Arp2/3 με IC50=11μM, αλλά προκειμένου να είναι ασφαλής για χορήγηση σε ανθρώπινο οργανισμό θα πρέπει να έχει IC50 της τάξεως των nM, αλλιώς μπορεί να προκαλέσει παρενέργειες. Στην παρούσα εργασία, επιχειρείται η βελτιστοποίηση της προσδετικής ικανότητας του CK-869 με σκοπό να μειωθεί το IC50 στην επιθυμητή τιμή και να μπορεί να αναστείλει την έκφραση της Arp2/3 με ασφάλεια. Για να το πετύχουμε αυτό χρησιμοποιήθηκαν υπολογιστικές μέθοδοι σχεδιασμού φαρμάκων βασιζόμενοι σε προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής. Μελετήθηκε ο αναστολέας και η περιοχή στην οποία προσδένεται και προτάθηκαν αντικαταστάσεις των ατόμων του μορίου με χημικές ομάδες που ήταν πιθανό να δημιουργήσουν ευνοϊκές αλληλεπιδράσεις με τα αμινοξέα της κοιλότητας και να οδηγήσουν σε ισχυρότερη πρόσδεση. Με αυτόν τον τρόπο, κατασκευάστηκε μια βιβλιοθήκη με νέους προσδέτες των οποίων η ικανότητα πρόσδεσης συγκρίθηκε βάση της ελεύθερης ενέργειας πρόσδεσης που εμφάνιζαν, η οποία υπολογίστηκε με τη μέθοδο Διαταραχής Ελεύθερης Ενέργειας. Σε μερικές περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκε λογισμικό εικονικής μοριακής πρόσδεσης για την πρόβλεψη της τοποθέτησης των νέων μορίων στην πρωτεϊνική κοιλότητα, ενώ κβαντομηχανικοί υπολογισμοί συμπλήρωσαν παραμέτρους που έλειπαν από το Πεδίο των Δυνάμεων για ορισμένους προσδέτες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι είναι δυνατή η βελτιστοποίηση του αναστολέα CK-869 και βρέθηκαν δύο μόρια με σημαντικά μικρότερη ελεύθερη ενέργεια πρόσδεσης, ενώ προτάθηκαν συνδυασμοί αντικαταστάσεων που ενδέχεται να πετύχουν την επιθυμητή προσδετική ικανότητα. Κάθε προσομοίωση ελέγχθηκε ως προς τη σύγκλιση, ώστε να βεβαιωθούμε ότι το αποτέλεσμα είναι αξιόπιστο.	el
heal.abstract	The Arp2/3 protein complex, which can be found, primarily, in eukaryotic cells, participates in many biological processes of the human body, the most important of which is being a key regulator of actin nucleation. Its action mediates cell migration, which is a natural procedure, but its over-expression contributes to cancer pathogenesis and metastasis. The mechanism of its action remains largely undiscovered, because gene knock-outs are lethal. Therefore, the discovery of small molecules that can inhibit Arp2/3 reversibly in vivo is essential to both, understanding the mechanism of this protein complex action and anti-cancer drug discovery. CK-869, an Arp2/3 inhibitor with IC 50 at 11μM, holds the potential for being such a drug. However, because of its high inhibiting concentration it can lead to off-target effects. To make it a drug safe for delivery to human organisms its IC50 must be powered in the range of nM. In this study, the optimization of CK- 869 was attempted in the interest of achieving a greater binding affinity and lowering its IC 50 to a desirable value, using computational drug design methods based on Molecular Dynamics simulations. Initially, the inhibitor and the binding pocket were examined and atom substitutions with chemical groups that are expected to create favorable interactions with the near amino acids of the pocket and lead to stronger binding were conducted. We created a library of new ligands that were rated based on their binding affinity, which was estimated by calculating the binding free energy using the Free Energy Perturbation (FEP) method. A mole cular docking software was used occasionally to test some of the proposed molecules for their viable binding pose before they enter the FEP calculations, while quantum mechanics calculations were also made to extract parameters that were missing from the Force Field. The results showed that the optimization of CK-869 is possible, since two molecules with significantly reduced biding free energy were discovered and combinations of substitutions that could achieve the desirable binding affinity were proposed. Every simulation was tested for convergence to assure its results are reliable.	en
heal.advisorName	Χατζηαβραμίδης, Δημήτρης	el
heal.committeeMemberName	Χατζηαβραμίδης, Δημήτρης	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	112 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true