Визначення ключових амінокислот рослинного α-тубуліну, відповідальних за специфічне зв’язування сполук нітроанілінового ряду

  • С. П. Ожерєдов
  • О. М. Демчук
  • П. А. Карпов
  • С. І. Співак
  • Я. Б. Блюм
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v24.1125

Анотація

Мета. Уточнення амінокислотного складу сайту зв’язування похідних нітро- та динітроанілінів з α-тубулінами рослинного походження за допомогою методів in silico. Методи. Моделювання просторової структури цільового білка (I-Tasser, Грід) і лігандів, молекулярний докінг (CCDC Gold), обрахунок молекулярної динаміки (Gromacs, Грід). Аналіз амінокислотного складу сайту зв’язування комплексу ліганд-білок за результатами обрахунку його молекулярної динаміки протягом 30 нс з кроком 1 нс за допомогою програмного пакету BIOVIA DS Visualizer Результати. Побудовано тривимірну структуру α-тубуліну вівса, проведено скринінг поверхні міждимерного контакту даної субодиниці щодо 25 сполук нітроанілінового ряду, проведено симуляцію молекулярної динаміки отриманих ліганд-білкових комплексів. За результатами молекулярної динаміки проаналізовано зміни рівня конформаційної енергії ліганда при переміщенні його з водного оточення до сайту зв’язування та динаміку утворення водневих зв’язків у системі ліганд-білок та їх середню кількість. Також за результатами обрахунку молекулярної динаміки ліганд-білкових комплексів також було проаналізовано амінокислотний склад сайту зв’язування похідних нітроанілінів. Висновки. Потенційний сайт зв’язування похідних нітро- та динітроанілінів загалом складається з 28 амінокислот: Arg2, Glu3, Ile4, Cys129, Thr130, Gly131, Leu132, Gln133, Gly134, Gly162, Lys163, Lys164, Ser165, Leu242, Arg243, Asp245, Gly246, Ala247, Ile248, Asn249, Val250, Asp251,Val252, Thr253, Glu254, Phe255, Thr257, Asn258.

Ключові слова: рослинний α-тубулін, нітроаніліни, молекулярний докінг, симуляція молекулярної динаміки, сайт зв’язування.

Посилання

Wade R.H. On and around microtubules: an overview. Mol. Biotechnol. 2009. Vol. 43 (2). P. 177–191. doi: 10.1007/s12033-009-9193-5.

Geitmann A., Emons A.M. The cytoskeleton in plant and fungal cell tip growth. J. Microsc. 2000. Vol. 198 (3). Р. 218–245.

Nogales E. Structural insight into microtubule function. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2001. Vol. 30. P. 397–420. doi: 10.1146/annurev.biophys.30.1.397.

Grant W.F., Owens E.T. Chromosome aberration assays in Pisum for the study of environmental mutagens. Mutat. Res. 2000. Vol. 488. P. 93–118. doi: 10.1016/S1383-5742(00)00064-8.

Sheval E.V., Kazhura Y.I., Poleshuk N.A., Lazareva E.M., Smirnova E.A., Maximova N.P., Polyakov V.Y. Trifluralin-induced disorganization of microtubular cytoskeleton alters the development of roots in Hordeum vulgare L. Acta Biol. Hung. 2008. Vol. 59 (4). P. 465–478. doi: 10.1556/ABiol.59.2008.4.7.

Britsun В.M., Yemets А.І., Lozinskii M.О., Blume Ya.B. 2,6-Dinitroanilines: synthesis, herbicidal and antiprotozoan properties. Ukr. Bioorg. Acta. 2009. Vol. 7 (1). P. 16–27.

Yemets A.I., Blume Ya.B. Mutant genes of plant tubulins as selective marker genes for genetic engineering. Cytol. Genet. 2007. Vol. 41 (3). P. 156–166. doi: 10.3103/S0095452707030048.

Nyporko A.Y., Yemets A.I., Brytsun V.N., Lozinsky M.O., Blume Y.B. Structural and biological characterization of the tubu-lin interaction with dinitroanilines. Cytol. Genet. 2009. Vol. 43. P. 267–282.

Endeshaw M.M., Li C., de Leon J., Yao N., Latibeaudiere K., Premalatha K., Morrissette N., Werbovetz K.A. Synthesis and evaluation of oryzalin analogs against Toxoplasma gondii. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2010. Vol. 20 (17). P. 5179–5183. doi: 10.1016/j.bmcl.2010.07.003.

Krieger E., Nabuurs S.B., Vriend G. Homology modeling. Meth. Biochem. Anal. 2003. Vol. 44. P. 509–523. doi: 10.1002/0471721204.ch25.

Zoete V., Cuendet M.A., Grosdidier A., Michielin O. SwissParam, a fast force field generation tool for small organic molecules. J. Comput. Chem. 2011. Vol. 32 (11). P. 2359–2368. doi: 10.1002/jcc.21816.

Chu Z., Chen J., Nyporko A., Han H., Yu Q., Powles S. Novel α-tubulin mutations conferring resistance to dinitroaniline herbicides in Lolium rigidum. Front. Plant Sci. 2018. Vol. 9:97. doi: 10.3389/fpls.2018.00097.

Christ C.D., Fox Th. Accuracy assessment and automation of free energy calculations for drug design. J. Chem. Inf. Model. 2014. Vol. 54 (1). P. 108–120. doi: 10.1021/ci4004199.

Hansen N., van Gunsteren W.F. Practical aspects of free-energy calculations: a review. J. Chem. Theory Comput. 2014. Vol. 10 (7). P. 2632–2647. doi: 10.1021/ct500161f.