Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Во второй год выполнения проекта была развита методология анализа влияния лигандов на конформационный ансамбль неструктурированного пептида. В рамках данной методологии в метадинамическом моделировании для описания взаимодействия пептидов с лигандом в качестве коллективных переменных используются координационные числа между всеми атомами лиганда и альфа-атомами углерода в каждой из троек последовательных аминокислотных остатков. В траекториях с лигандом выбираются фреймы, в которых обеспечивается значительный контакт между лигандом и пептидом. Использование такого подхода позволяет не учитывать фреймы, в которых пептид не испытывает значимого влияния лиганда. Используя данную методологию, в ходе второго года выполнения проекта было исследовано влияния лигандов, обладающих по экспериментальным данным аффинностью к различным участкам бета-амилоидного пептида Aβ и рассматривавшихся в ряде исследований в качестве прототипов терапевтических антиамилоидных агентов, на конформационный ансамбль фрагментов Aβ. Были проведены расчеты с бета-амилоидным пептидом Aβ42 и его фрагментами Aβ16-22, Aβ13-22, Aβ12-28, Aβ25-35 в чистой в воде и в присутствии следующих лигандов: трамипрозат, RS-0406, сцилло-ионозитол. Для фрагментов Aβ13-22, Aβ12-28 и Aβ42 показано, что при взаимодействие с трамипрозатом, который должен связываться с 13-16 остатками (HHQK), отмечается небольшая дестабилизацию конформаций с большой долей альфа-спиралей и отсутствие единой динамики для конформационной энтропии. Моделирование в присутствии RS-0406 (N,N’-бис(3-гидроксифенил)пиридазин-3,6-диамин), который согласно экспериментальным данным связывается с гидрофобным ядром KLVFF, для фрагментов бета-амилоида Aβ16-22, Aβ13-22 и Aβ12-28 показало стабилизации альфа-спиралей и гидрофобных взаимодействий и стабилизации структур с более высоким содержанием водородных связей. Анализ доступной растворителю площади поверхности (SASA) показывает стабилизацию более компактных структур. Для всех пептидов взаимодействие лиганда преимущественно происходит с гидрофобными остатками 17-20 (LVFF) и гидрофобной части лизина (16-й остаток). В присутствии сцилло-инозитола для Aβ25-35 происходят небольшие изменения профилей свободной энергии по коллективным переменным, связанным со вторичной структурой: уменьшается стабильность конформаций с большой долей альфа-спиралей, а также увеличивается вероятность существования конформаций с относительно высоким содержанием бета-структур, что хорошо согласуется с экспериментальными данными. Происходит небольшая стабилизация структур с более высокой общей площадью поверхности, доступной растворителю. Конформационная энтропия по углам φ и ψ при связывание со сцилло-инозитолом увеличивается практически для всех аминокислотных остатков. Кроме того, моделирование в чистой воде показало, что в случае длинных пептидов (Aβ42 и Aβ12-28) критично включение в набор коллективных переменных для метадинамического моделирования структурных параметров, связанных с количеством остатков, участвующих в образовании альфа-спиралей и бета-листов. В последнее время активно обсуждается гипотеза о существовании двух принципиально различных механизмов связывания с неструктурированными белками и пептидами. Первый механизм представляет собой классическое нековалентное связывание с отрицательным изменением энтальпии и снижением конформационной энтропии за счет участия ряда его остатков во взаимодействиях с лигандом. Другой механизм – так называемое «энтропийное расширение», при котором энтальпия белок-лигандного взаимодействия мала, а устойчивость комплекса определяется увеличением конформационной энтропии под влиянием лиганда. Достоверных примеров связывания по этому механизму очень мало, кроме того, лишь в единичных работах расширение конформационного ансамбля подтверждается методом молекулярной динамики. Полученные нами результаты говорят о том, что существенного увеличения энтропии, рассчитанной по парам двугранных углов, не происходит во всех рассмотренных случаях, хотя в некоторых из них происходят явные конформационные изменения в присутствии лиганда. Таким образом, взаимодействия с мономером, в частности, с RS-0406 происходят по классическому «энтальпийному» механизму. Подтверждена роль остатков гидрофобного ядра 16-22 во взаимодействии с этим лигандом. В случае со сцилло-ионизитолом взаимодействие с мономером, по всей видимости, может происходить по «энтпропийному» механизму. Для трамипрозата обнаружено лишь слабое влияние на конформационные ансамбли рассмотренных пептидов.