A humán ciklooxigenáz-1 aszpirinnel történő gátlásának és az antitrombin működésének in silico vizsgálata

A tétel rövid nézete
dc.contributor.advisorKomáromi, István
dc.contributor.authorTóth, László
dc.contributor.departmentLaki Kálmán doktori iskolahu
dc.contributor.submitterdepDE--Általános Orvostudományi Kar -- Laboratóriumi Medicina Intézet, Klinikai Laboratóriumi Kutató Tanszék
dc.date.accessioned2015-05-13T13:46:48Z
dc.date.available2015-05-13T13:46:48Z
dc.date.created2015hu_HU
dc.date.defended2015-05-27
dc.description.abstractAbsztrakt: Acetilszalicilsav (aszpirin) gátolja a prosztaglandin-H2 termelést, amely a tromboxán-A2 prekurzora. Az aszpirin acetilezőszerként hat, amelynek acetil-csoportja kovalensen kapcsolódik a ciklooxigenáz-1 (COX-1) enzim aktív centrumában található Ser530 aminosav oldalláncához. A reakció pontos mechanizmusát mindezidáig sem kísérleti- sem kvantumkémiai módszerekkel nem sikerült megnyugtatóan tisztázni. A humán COX-1 enzim modell arachidonsav kötő üregébe dokkoltuk be az acetil-szalicilsav molekulát. Az acetilezési reakció potenciális energiafelülete, illetve a reakció stacionárius pontjainak és azok energiáinak meghatározása érdekében számos ONIOM-típusú kvantummechanikai / molekulamechanikai számítást végeztünk. A számításokban az acetilszalicilsavra és az azt körülvevő aminosavakra különböző szintű kvantummechanikai módszereket alkalmaztunk az elektronikus beágyazás (electronic embedding) közelítés keretein belül. Geometriai második deriváltakkal igazoltuk, hogy az általunk talált átmeneti állapotokhoz elsőrendű nyeregpontok (egy negatív sajátértékkel) tartoznak. Az aktiválási energia értékek azonban jelentősen függnek az alkalmazott módszertől. Minden alkalmazott megbízható ab initio és sűrűség-funkcionál módszer szerint a Ser530 Oγ-Hγ kötés felhasadása és az Oγ-C (acetilszalicilsav karbonil) kötés képződése egy elemi lépésben történik. Az antitrombin (AT) a véralvadási kaszkád egyik legfontosabb fiziológiás inhibitora. Gátolja az aktivált X-es faktort (FXa), a trombint és más szerin proteáz típusú véralvadási faktorokat, például a FXIa és a FIXa faktort. Célunk volt annak megértése, hogy az AT egyik (glükózaminoglikán kötő) régiójának konformációs változása milyen specifikus konformációs folyamatokon keresztül indukál változásokat a protein távoli régióiban. Szintén célunk volt az AT alap inhibíciós képességének megértése, amely nem magyarázható az eddig publikált röntgendiffrakciós szerkezetek alapján. Ezen célok elérése érdekében molekuladinamikai szimulációkat végeztünk az AT-ra úgy, hogy a szimulációban fiziológiás környezetet a lehetőség szerint figyelembe vegyük. Azt találtuk, hogy olyan korrelált elmozdulások, amelyek nagy valószínűséggel szerepet játszanak a konformációs információnak a glükózaminoglikánok kötőhelyétől a „hinge” régióhoz és a reaktív központi hurokhoz (RCL) történő terjedésében, a glükózaminoglikánok jelenléte nélkül is léteznek. Számításokkal valószínűsítettük, hogy az RCL-en található Arg393 specifikus konformációja, amely a szerin proteázok megkötéshez szükséges, nem elhanyagolható valószínűséggel fordul elő még a nem-kinyílt RCL esetében is. Ez magyarázhatja az AT alapszintű gátlási képességét. Summary:Acetylsalicylic acid (aspirin) suppresses the generation of prostaglandin H2, which is the precursor of thromboxane A2. Aspirin acts as an acetylating agent. Its acetyl group is covalently attached to a serine residue (Ser530) in the active site of the cyclooxygenase-1 enzyme. The exact reaction mechanism has not been revealed by experimental methods. The acetylsalicylic acid was docked into the arachidonic acid binding cavity of the human cyclooxygenase-1 enzyme model. To characterize the shape of the potential energy surface of the acetylating reaction and to determine the relative energies of the stationary points on the surface, a series of ONIOM-type quantum mechanical/molecular mechanical calculations were carried out at different quantummechanical levels of theories applying electronic embedding approximations. The acetylsalicylic acid and the surrounding amino acids were included in these calculations. Frequency analyses were performed to prove the existence of first order saddle points (representing transition states) and local minima on the potential energy surface. It was found that all levels of theories predicted similar transition state geometries. The activation energy values, however, demonstrated significant dependence on the methods that were applied. All the applied “dependable” ab initio and density functional theory methods predicted that the breakage of the Ser530 Oγ-Hγ and formation of the Oγ-C (acetylsalicylic acid carbonyl) bonds occur in a single elementary step. Antithrombin (AT) is one of the most important physiological inhibitor of the blood coagulation cascade. AT inhibits thrombin and other serine protease coagulation factors, e.g. FXa, FXIa and FIXa. Our goal was to understand how the conformational change, which caused by pentasaccharide binding, at one site of the AT resulted in a specific conformational change at the distant site of the protein. To understand the small basic inhibitory potential of AT, which cannot be explained by the available X-ray structures, was also aimed. To these end, a relatively long molecular dynamics simulation on the AT has been carried out mimicking the real physiological conditions. It was found that correlated conformational transitions which can conduct the conformational information from the glycosaminoglycan binding site to the reactive center loop (RCL) are exists even without the presence of glycosaminoglycans. Computational evidence revealed that specific conformation for Arg393 side chain, suitable for serine protease binding, can exist even at the non-expulsed RCL conformation with non negligible probability. It explains the basal inhibitory potential of AT.hu_HU
dc.description.correctorNE
dc.format.extent100hu_HU
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/2437/212799
dc.language.isohuhu_HU
dc.subjectciklooxigenáz-1 enzimhu_HU
dc.subjectaszpirin
dc.subjectreakciómechanizmus
dc.subjectkvantummechanika
dc.subjectmolekulamechanika
dc.subjectátmeneti állapot
dc.subjectantitrombin
dc.subjectmolekuladinamika
dc.subjectkonformációs változás
dc.subjectreaktív központi hurok
dc.subjectalapszintű gátlási képesség
dc.subjectallosztérikus információ
dc.subjectcyclooxygenase-1 enzyme
dc.subjectaspirin
dc.subjectreaction mechanism
dc.subjectquantum mechanics
dc.subjectmolecular mechanics
dc.subjecttransition state
dc.subjectantithrombin
dc.subjectmolecular dynamics
dc.subjectconformational change
dc.subjectreactive center loop
dc.subjectbasic inhibitory potential
dc.subjectallosteric information
dc.subject.disciplineElméleti orvostudományokhu_HU
dc.subject.sciencefieldOrvostudományokhu
dc.titleA humán ciklooxigenáz-1 aszpirinnel történő gátlásának és az antitrombin működésének in silico vizsgálatahu_HU
dc.title.translatedIn silico studies on the inhibition mechanism of human cyclooxygenase-1 by aspirin and on the activation and conformation transitions of antithrombinhu_HU
Fájlok
Eredeti köteg (ORIGINAL bundle)
Megjelenítve 1 - 4 (Összesen 4)
Nem elérhető
Név:
TothLaszlo_ertekezes_titkositott.pdf
Méret:
7.88 MB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
Értekezés
Letöltés
Nem elérhető
Név:
TothLaszlo_tezis_titkositott.pdf
Méret:
557.58 KB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
Tézisfüzet
Letöltés
Nem elérhető
Név:
TothLaszlo_Meghivo_titkositott.pdf
Méret:
116.1 KB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
Meghívó
Letöltés
Nem elérhető
Név:
TothLaszlo_short_thesis_encrypted.pdf
Méret:
353.71 KB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
Short thesis
Letöltés
Gyűjtemények
Laki Kálmán Doktori Iskola