[go: up one dir, main page]

RU2399612C2 - Method of detecting compounds reducing functional activity of human immunodeficiency virus protease and method of inhibiting dimerisation of hiv protease subunits - Google Patents

Method of detecting compounds reducing functional activity of human immunodeficiency virus protease and method of inhibiting dimerisation of hiv protease subunits Download PDF

Info

Publication number
RU2399612C2
RU2399612C2 RU2007134022/04A RU2007134022A RU2399612C2 RU 2399612 C2 RU2399612 C2 RU 2399612C2 RU 2007134022/04 A RU2007134022/04 A RU 2007134022/04A RU 2007134022 A RU2007134022 A RU 2007134022A RU 2399612 C2 RU2399612 C2 RU 2399612C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
protease
subunits
hiv
energy
alanine
Prior art date
Application number
RU2007134022/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007134022A (en
Inventor
Александр Иванович Арчаков (RU)
Александр Иванович Арчаков
Александр Моисеевич Шкроб (RU)
Александр Моисеевич Шкроб
Владлен Станиславович Скворцов (RU)
Владлен Станиславович Скворцов
Алексей Сергеевич Иванов (RU)
Алексей Сергеевич Иванов
Сергей Александрович Мошковский (RU)
Сергей Александрович Мошковский
Андрей Валерьевич Лисица (RU)
Андрей Валерьевич Лисица
Софья Владимировна Лущекина (RU)
Софья Владимировна Лущекина
Елена Александровна Пономаренко (RU)
Елена Александровна Пономаренко
Original Assignee
Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н.Ореховича РАМН(ИБМХ РАМН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н.Ореховича РАМН(ИБМХ РАМН) filed Critical Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н.Ореховича РАМН(ИБМХ РАМН)
Priority to RU2007134022/04A priority Critical patent/RU2399612C2/en
Publication of RU2007134022A publication Critical patent/RU2007134022A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2399612C2 publication Critical patent/RU2399612C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of detecting a compound which is a noncompetitive inhibitor of human immunodeficiency virus (HIV) protease (SEQ ID No:1) involves detection using alanine scanning methods and molecular docking of the compound at least with one atom of an amino acid residue selected from a group consisting of Asn98, Phe99, Asp29, Asp30, Arg8, Gly49, Gly51 and Gly52 SEQ ID NO:1, at a distance of not more than 5 Å.
EFFECT: increased effectiveness of the compounds.
4 cl, 2 dwg, 4 tbl, 1 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области медицинской фармакологии, более конкретно к поиску соединений, снижающих функциональную активность протеазы вируса иммунодефицита человека (протеазы ВИЧ) путем ингибирования ассоциации ее субъединиц. Изобретение ориентировано на разработку новых лекарственных средств.The invention relates to the field of medical pharmacology, and more particularly to the search for compounds that reduce the functional activity of the human immunodeficiency virus protease (HIV protease) by inhibiting the association of its subunits. The invention is focused on the development of new drugs.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Терапия, основанная на применении ингибиторов протеазы ВИЧ, продляет жизнь пациентов с синдромом приобретенного иммунодефицита (Sepkowitz К.A. AIDS - the first 20 years. N. Engl. J. Med. 2001, 344, 1764-1772). Протеаза ВИЧ - фермент, расщепляющий вирусный полипротеин на функционально активные зрелые белки, необходимые для воспроизводства и сборки ВИЧ. Обычно используют конкурентные ингибиторы протеазы, непосредственно связывающиеся активным центром фермента. Эффективность применения таких ингибиторов в ходе лечения быстро уменьшается из-за точечных мутаций вирусного генома, подавляющих связывание протеазой ингибитора в большей степени, чем ее ферментативную активность. В результате организм поражается возникшими штаммами ВИЧ, которые приобрели резистентность к используемому ингибитору.Therapy based on the use of HIV protease inhibitors prolongs the life of patients with acquired immunodeficiency syndrome (Sepkowitz, K. A. AIDS - the first 20 years. N. Engl. J. Med. 2001, 344, 1764-1772). HIV protease is an enzyme that breaks down a viral polyprotein into functionally active mature proteins necessary for the reproduction and assembly of HIV. Typically, competitive protease inhibitors are used that directly bind the active site of the enzyme. The effectiveness of the use of such inhibitors during treatment is rapidly decreasing due to point mutations in the viral genome, which inhibit the protease binding of the inhibitor to a greater extent than its enzymatic activity. As a result, the body is affected by the emerging strains of HIV that have become resistant to the inhibitor used.

Альтернативой служит ингибирование протеазы путем блокирования образования функционально-активной формы фермента (Bannwarth L., Reboud-Ravanx М. An alternative strategy for inhibiting multidrug-resistant mutants of the dimeric HIV-1 protease by targeting the subunit interface. Biochem. Soc. Trans. 2007 Jun; 35(Pt 3):551-4), которая представляет собой димер гомологичных субъединиц. Главный участок их контакта представляет собой бета-структуру, тяжи которой являются С- и N-концевыми фрагментами субъединиц. Показано, что пептиды и пептидомиметики, имитирующие эти фрагменты, препятствуют сборке субъединиц, действуя в качестве неконкурентных ингибиторов протеазы ВИЧ (Zutshi R., Brickner М., Chmielewski J. Inhibiting the assembly of protein-protein interfaces. Current Opinion in Chemical Biology, 1998, 2(1): 62-66(5)). Такого рода ингибиторы предпочтительнее в качестве лекарственных средств, поскольку для возникновения резистентности необходимы сочетанные мутации в заведомо консервативных терминальных участках полипептидной цепи протеазы (Archakov A.I., Govorun V.M., Dubanov A.V., Ivanov Y.D., Veselovsky A.V., Lewi P., Janssen P. Protein-protein interactions as a target for drugs in proteomics. Proteomics. 2003 Apr; 3(4):380-91).An alternative is protease inhibition by blocking the formation of a functionally active form of the enzyme (Bannwarth L., Reboud-Ravanx M. An alternative strategy for inhibiting multidrug-resistant mutants of the dimeric HIV-1 protease by targeting the subunit interface. Biochem. Soc. Trans. 2007 Jun; 35 (Pt 3): 551-4), which is a dimer of homologous subunits. The main site of their contact is a beta structure, the cords of which are C- and N-terminal fragments of subunits. Peptides and peptidomimetics mimicking these fragments have been shown to interfere with subunit assembly by acting as non-competitive HIV protease inhibitors (Zutshi R., Brickner M., Chmielewski J. Inhibiting the assembly of protein-protein interfaces. Current Opinion in Chemical Biology, 1998 , 2 (1): 62-66 (5)). Inhibitors of this kind are preferable as drugs, since resistance mutations require combined mutations in obviously conservative terminal regions of the protease polypeptide chain (Archakov AI, Govorun VM, Dubanov AV, Ivanov YD, Veselovsky AV, Lewi P., Janssen P. Protein-protein interactions as a target for drugs in proteomics. Proteomics. 2003 Apr; 3 (4): 380-91).

Изученные в настоящее время ингибиторы димеризации представляют собой модифицированные пептиды или пептидомиметики, а также вещества синтетического и естественного происхождения (Camarasa M.J., Velázquez S., San-Félix A., Pérez-Pérez M.J., Gago F. Dimerization inhibitors of HIV-1 reverse transcriptase, protease and integrase: a single mode of inhibition for the three HIV enzymes? Antiviral Res. 2006 Sep; 71(2-3):260-7). Co структурной точки зрения указанные вещества имитируют протяженные участки бета-структуры.Currently studied dimerization inhibitors are modified peptides or peptidomimetics, as well as substances of synthetic and natural origin (Camarasa MJ, Velázquez S., San-Félix A., Pérez-Pérez MJ, Gago F. Dimerization inhibitors of HIV-1 reverse transcriptase , protease and integrase: a single mode of inhibition for the three HIV enzymes? Antiviral Res. 2006 Sep; 71 (2-3): 260-7). From a structural point of view, these substances mimic extended sections of the beta structure.

Раскрытие настоящего изобретенияDisclosure of the present invention

Изобретение относится к способу поиска новых химических соединений - ингибиторов димеризации (ИД) - способных воздействовать на сборку субъединиц протеазы ВИЧ путем конкурентного взаимодействия с контактной площадкой субъединиц претеазы а также влияющих на конформацию субъединиц, снижая их сродство друг к другу.The invention relates to a method for searching for new chemical compounds - dimerization inhibitors (IDs) - capable of affecting the assembly of HIV protease subunits by competitive interaction with the contact area of the protease subunits and also affecting the conformation of subunits, reducing their affinity for each other.

Для выявления новых ИД использовался способ, основанный на вычислительной методике подбора соединений по компьютерной модели структуры протеазы. С использованием подхода, известного как «аланиновый скрининг», выявлялись аминокислотные остатки, определяющие силу взаимодействия между субъединицами протеазы. Было установлено, что замена на остаток аланииа в структуре протеазы аминокислотных остатков, перечисленных в таблице 1 (далее - контактные точки), приводит к резкому снижению энергии взаимодействия субъединиц. Для каждой контактной точки методом молекулярного докинга проводился скрининг базы данных низкомолекулярных соединений и ряда сконструированных пептидомиметиков на предмет выявления кандидатов, обладающих высокими значениями энергии связи с субъединицей. С использованием известных ИД было установлено пороговое значение для функции оценки эффективности взаимодействия соединения с контактной точкой. В результате были отобраны соединения, характеризующиеся значениями энергии связи выше установленного порога, а также те из них, которые характеризовались высоким сродством к участкам поверхности молекулы протеазы ВИЧ. Последнее оценивалось методом молекулярной динамики, в ходе которой регистрировалось влияние связывания соединения с поверхностными элементами белковой молекулы на конформационные свойства контактных участков. В таблице 1 приведены номера аминокислотных остатков в составе субъединицы протеазы, которые являются определяющими для молекулярного механизма действия ИД. Таким образом, примененная вычислительная методика позволила отобрать структуры как избирательно связывающиеся с участками взаимодействия субъединиц протеазы ВИЧ, так и влияющие на пространственную конформацию субъединицы. Отобранные указанным способом ИД приведены в таблице 3.To identify new IDs, a method was used based on a computational technique for selecting compounds according to a computer model of the protease structure. Using an approach known as “alanine screening,” amino acid residues were identified that determined the strength of the interaction between the protease subunits. It was found that substitution of the amino acid residue listed in Table 1 (hereinafter referred to as contact points) for the alanine residue in the protease structure leads to a sharp decrease in the interaction energy of subunits. For each contact point, a molecular docking method was used to screen a database of low molecular weight compounds and a series of designed peptidomimetics to identify candidates with high binding energies with the subunit. Using known IDs, a threshold value was established for the function of evaluating the effectiveness of the interaction of the compound with the contact point. As a result, compounds were selected that were characterized by binding energies above the established threshold, as well as those that were characterized by high affinity for the surface areas of the HIV protease molecule. The latter was evaluated by the molecular dynamics method, during which the effect of the binding of the compound to the surface elements of the protein molecule on the conformational properties of the contact areas was recorded. Table 1 shows the numbers of amino acid residues in the protease subunit, which are crucial for the molecular mechanism of action of ID. Thus, the applied computational technique made it possible to select structures that selectively bind to HIV protease subunit interaction sites and affect the spatial conformation of the subunit. The IDs selected by this method are shown in Table 3.

Таблица 1Table 1 Перечень аминокислотных остатков субъединиц протеазы ВИЧ, участвующих в контакте с ИД, заданные в виде координат пространственных прямоугольных ячеек в системе координат согласно Приложению 1.The list of amino acid residues of HIV protease subunits involved in contact with ID, specified in the form of coordinates of spatial rectangular cells in the coordinate system according to Appendix 1. Механизм действияMechanism of action ЗонаZone Аминокислотный остатокAmino Acid Residue Связывание с участками контакта субъединицLinking to subunit contact sites 1one ASN98 РНЕ99ASN98 RNE99 22 ASP29 ASP30ASP29 ASP30 Связывание с поверхностью субъединицBinding to the surface of subunits 1one ARG8ARG8 22 GLY49 GLY51 GLY52GLY49 GLY51 GLY52

Для подтверждения механизма действия отобранные соединения выборочно тестировались согласно измерительной схеме, основанной на высокоточной регистрации межмолекулярных взаимодействий на оптическом биосенсоре модели Biacore-3000. В измерительной и контрольной кювете прибора были ковалентно иммобилизованы молекулы протеаза ВИЧ в димерной форме. Затем в контрольной кювете субъединицы димеров протеаза ВИЧ необратимо связывались друг с другом путем дополнительных ковалентных связей, тогда как в измерительной кювете осуществлялась диссоциация димеров до мономеров путем промывки потоком буферной смеси.To confirm the mechanism of action, the selected compounds were selectively tested according to a measuring scheme based on high-precision registration of intermolecular interactions on an optical biosensor of the Biacore-3000 model. HIV protease molecules in dimeric form were covalently immobilized in the measuring and control cuvette of the device. Then, in the control cuvette, the HIV protease dimer subunits irreversibly bind to each other by additional covalent bonds, while in the measuring cuvette, dimers were dissociated to monomers by washing with a stream of buffer mixture.

Указанная экспериментальная схема позволяла регистрировать взаимодействие ингибитора с отдельными субъединицами (мономерами) протеазы, помещавшимися в измерительном канале, за вычетом взаимодействия с комплексом из двух субъединиц (димерами) в контрольном канале. Обнаружено, что найденные ингибиторы влияют на характеристики взаимодействия субъединиц и при этом не затрагивают характеристики целого (собравшегося) димера протеазы.The indicated experimental scheme made it possible to record the interaction of the inhibitor with individual subunits (monomers) of the protease located in the measuring channel, minus the interaction with the complex of two subunits (dimers) in the control channel. It was found that the inhibitors found affect the characteristics of the interaction of subunits and do not affect the characteristics of the whole (assembled) protease dimer.

Для проверки влияния найденных ИД на ферментативную активность протеазы использовалась стандартная методика, в основе которой лежит спектрофотометрическое измерение процесса ферментативного гидролиза тестового субстрата. В измерительной кювете находился объем буферного раствора, содержащего протеазу, в который вносили ИД в различных концентрациях и в течение 20 мин измеряли поглощение при длине волны 300 нм. На основе полученных данных рассчитывали значения константы ингибирования. Полученные значения для 4-х из 15 выборочно протестированных соединений варьировали с диапазоне от 1,5 до 0,01 мкМ, что сравнимо с эффективностью известных на настоящее время ингибиторов димеризации протеазы ВИЧ-1.To check the effect of the IDs found on the enzymatic activity of the protease, a standard technique was used, which is based on spectrophotometric measurement of the process of enzymatic hydrolysis of the test substrate. The measuring cell contained the volume of a buffer solution containing a protease into which ID was added in various concentrations and the absorbance at a wavelength of 300 nm was measured for 20 min. Based on the data obtained, the values of the inhibition constant were calculated. The values obtained for 4 out of 15 selectively tested compounds varied from 1.5 to 0.01 μM, which is comparable to the effectiveness of currently known HIV-1 protease dimerization inhibitors.

Таким образом, настоящее изобретение также относится к способу ингибирования димеризации субъединиц протеазы ВИЧ, предусматривающему контактирование, по меньшей мере, одного соединения-ингибитора протеазы ВИЧ, выявленного в соответствии с описанным выше способом, со средой, содержащей протеазу ВИЧ. Эффективность ингибирования димеризации субъединиц протеазы ВИЧ указанными соединениями наглядно подтверждена представленными ниже экспериментальными данными.Thus, the present invention also relates to a method for inhibiting the dimerization of HIV protease subunits, comprising contacting at least one HIV protease inhibitor compound identified in accordance with the above method with an HIV protease containing medium. The effectiveness of inhibiting the dimerization of HIV protease subunits by these compounds is clearly confirmed by the experimental data presented below.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 в качестве примера приведены кинетические записи изменения поглощения при 300 нм во времени в присутствии ИД (препарат №10).Figure 1 shows, as an example, kinetic records of changes in absorbance at 300 nm over time in the presence of ID (preparation No. 10).

На фиг.2 приведена зависимость активности пВИЧ в присутствии различных концентраций ИД (препарат №10). Из зависимости активности пВИЧ в присутствии различных концентраций ИД было рассчитаны значения IC50.Figure 2 shows the dependence of the activity of HIV in the presence of different concentrations of ID (drug No. 10). From the dependence of the HIVp activity in the presence of various ID concentrations, IC 50 values were calculated.

Пример осуществления настоящего изобретенияAn example implementation of the present invention

Пример 1. Подбор соединений (а) и тестирование с использованием виртуальной протеазы ВИЧ (б)Example 1. The selection of compounds (a) and testing using a virtual HIV protease (b)

(а)(but)

1. Материалы1. Materials

1.1. Структура протеазы ВИЧ1.1. HIV protease structure

В качестве координат исходной структуры протеазы ВИЧ-1 использовались координаты, полученные рентгеноструктурным способом, депонированные в Protein Data Bank под кодом 1А30. Дата депонирования 27/12/1998. Код фермента по ЕС: 3.4.23.16. Разрешение РСМ 2,0 ангстрем.The coordinates obtained by the X-ray diffraction method deposited in Protein Data Bank under the code 1A30 were used as the coordinates of the initial HIV-1 protease structure. Date of deposit: 27/12/1998. The enzyme code for the EU: 3.4.23.16. Resolution PCM 2.0 angstroms.

Состав структуры:Structure Composition:

1. Симметричный димер следующего аминокислотного состава (по 99 аминокислотных остатков в каждой цепи)1. The symmetric dimer of the following amino acid composition (99 amino acid residues in each chain)

PROPRO GLNGLN ILEILE THRThr LEULEU TRPTRP LYSLys ARGARG PROPRO LEULEU VALVal THRThr ILEILE LYSLys ILEILE GLYGLY GLYGLY GLNGLN LEULEU LYSLys GLUGLU ALAALA LEULEU LEULEU ASPASP THRThr GLYGLY ALAALA ASPASP ASPASP THRThr VALVal ILEILE GLUGLU GLUGLU METMET SERSER LEULEU PROPRO GLYGLY ARGARG TRPTRP LYSLys PROPRO LYSLys METMET ILEILE GLYGLY GLYGLY ILEILE GLYGLY GLYGLY РНЕRNE ILEILE LYSLys VALVal ARGARG GLNGLN TYRTyr ASPASP GLNGLN ILEILE ILEILE ILEILE GLUGLU ILEILE CYSCys GLYGLY HISHis LYSLys ALAALA ILEILE GLYGLY THRThr VALVal LEULEU VALVal GLYGLY PROPRO THRThr PROPRO VALVal ASNASN ILEILE ILEILE GLYGLY ARGARG ASNASN LEULEU LEULEU THRThr GLNGLN ILEILE GLYGLY CYSCys THRThr LEULEU ASNASN РНЕRNE

2. Трипептидный конкурентный ингибитор2. Tripeptide competitive inhibitor

GLU ASP LEUGLU ASP LEU

3. 216 молекул воды.3.26 water molecules.

1.2. Базы данных низкомолекулярных соединений1.2. Databases of low molecular weight compounds

1. База данных NCI Diversity Set, включающая информацию о 1990 химических соединениях, отобранных из базы данных NCI (140000 соединений доступных в Национальном институте рака США), с учетом исключения структурно подобных соединений.1. The NCI Diversity Set database, which includes information on 1990 chemical compounds selected from the NCI database (140,000 compounds available at the US National Cancer Institute), with the exception of structurally similar compounds.

2. База данных NCI, включающая информацию о более чем 250000 химических соединений.2. NCI database, including information on more than 250,000 chemical compounds.

2. Методы2. Methods

2.1. Оптимизация структуры2.1. Structure optimization

Из исходной структуры были удалены: молекулы ингибитора, молекулы воды. Координаты атомов водорода восстановлены с использование программы Reduce (Word, J.M.; Lovell, S.C.; LaBean, Т.Н.; Taylor, H.C.; Zalis, M.E.; Presley, B.K.; Richardson, J.S.; Richardson, D.C. J. Mol. Biol. 1999, 285, 1711-1733). Структура димера была подвергнута процедуре симуляции молекулярной динамики в вакууме. Использовалась программа CHARMM (Brooks, B.R.; Bruccoleri, R.; Olafson, В.; States, D.; Swaninathan, S.; Karplus, M. J. Comp. Chem. 1983, 4, 187-217), выбранное молекулярно-механическое силовое поле Merck (Halgren, T.A. J. Сотр. Chem. 1996, 17, 490-519). Время уравновешивания системы 50 нс с шагом 1 фс.From the original structure were removed: inhibitor molecules, water molecules. The coordinates of the hydrogen atoms were restored using the Reduce program (Word, JM; Lovell, SC; LaBean, T.N .; Taylor, HC; Zalis, ME; Presley, BK; Richardson, JS; Richardson, DCJ Mol. Biol. 1999, 285 , 1711-1733). The structure of the dimer was subjected to the simulation of molecular dynamics in vacuum. The CHARMM program was used (Brooks, BR; Bruccoleri, R .; Olafson, B .; States, D .; Swaninathan, S .; Karplus, MJ Comp. Chem. 1983, 4, 187-217), the selected molecular-mechanical force field Merck (Halgren, TAJ Comp. Chem. 1996, 17, 490-519). The system balancing time is 50 ns in increments of 1 fs.

2.2. Аланиновый скрининг2.2. Alanine Screening

Симуляция процедуры аланинового сканирования был выполнена также средствами программы CHARMM с использованием процедуры молекулярной динамики. Собственное время симуляции после уравновешивания составляет 10 пс (шаг 1 фс) с записью промежуточных состояний через каждые 10 шагов. Для каждого промежуточного состояния проводилась последовательная виртуальная замена каждого аминокислотного остатка субъединицы протеазы на аланин, в ходе каждой из них проводилась оценка изменений внутренней энергии комплекса субъединиц (в ккал/моль) по формулеSimulation of the alanine scanning procedure was also performed using the CHARMM software using the molecular dynamics procedure. The proper simulation time after balancing is 10 ps (1 fs step) with the recording of intermediate states every 10 steps. For each intermediate state, a sequential virtual replacement of each amino acid residue of the protease subunit with alanine was carried out, during each of them the changes in the internal energy of the complex of subunits (in kcal / mol) were estimated using the formula

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где Eint - энергия взаимодействия между субъединицами, ЕАВ - энергия димера EA, EB - энергия каждой из цепей.where E int is the energy of interaction between subunits, E AB is the energy of the dimer E A , E B is the energy of each of the chains.

2.3. Молекулярный докинг2.3. Molecular docking

Отбор структур низкомолекулярных соединений из баз данных для тестирования производился методом молекулярного докинга с использование программы Autodock (Morris, G.M.; Goodsell, D.S.; Halliday, R.S,; Huey, R.; Hart, W.E.; Belew, R.K.; Olson, A.J. J. Comp. Chem. 1998, 19, 1639-1662). В качестве посадочного места в процедуре докинга использовались зоны на поверхности одной из субъединиц димера, определенные в результате аланинового сканирования. Вторая субъединица была удалена, конформация рабочей субъединицы соответствовала полученной после процедуры оптимизации структуры. Процедура локирования выполнялась в две стадии. Первая стадия включала в себя локирование всех молекул базы данных NCI Diversity Set no 10 попыток на каждую. Использовалась процедура поиска с использованием генетического алгоритма, параметры поиска по умолчанию. Вторая стадия - уточнение положения отобранных на первом шаге молекул. Использовались тот же алгоритм и набор параметров, однако число попыток было увеличено до 50 и изменена точка входа в генератор псевдослучайных чисел. Для каждого полученного в результате последней процедуры варианта комплекса проводилась независимая от оценочной функции Autodock оценка энергии связывания соединений с субъединицей протеазы ВИЧ, с использованием программы DS. Для тестирования предлагались соединения с энергией связывания ниже 6 ккал/моль.Structures of low molecular weight compounds were selected from testing databases using the molecular docking method using the Autodock software (Morris, GM; Goodsell, DS; Halliday, RS ;; Huey, R .; Hart, WE; Belew, RK; Olson, AJJ Comp. Chem . 1998, 19, 1639-1662). As a seat in the docking procedure, we used the zones on the surface of one of the dimer subunits determined as a result of the alanine scan. The second subunit was deleted, the conformation of the working subunit corresponded to that obtained after the structure optimization procedure. The locking procedure was carried out in two stages. The first stage included locking all the molecules of the NCI Diversity Set database no 10 attempts for each. The search procedure using the genetic algorithm was used, default search parameters. The second stage is the refinement of the position of the molecules selected in the first step. The same algorithm and set of parameters were used, however, the number of attempts was increased to 50 and the entry point to the pseudo-random number generator was changed. For each variant of the complex obtained as a result of the last procedure, the binding energy of the compounds to the HIV protease subunit, independent of the Autodock evaluation function, was estimated using the DS program. For testing, compounds with binding energies below 6 kcal / mol were proposed.

2.4. Дополнительный поиск структур по подобию2.4. Additional search for similar structures

Для отобранных по результатам локирования молекул был проведен поиск структурно подобных соединений по полной базе данных NCI. Для найденных подобных соединений процедура молекулярного докинга повторялась полностью и отбирались соединения с энергией связывания ниже 6 ккал/моль.For molecules selected based on the results of locking, a search for structurally similar compounds was carried out using the complete NCI database. For similar compounds found, the molecular docking procedure was repeated completely and compounds with binding energies below 6 kcal / mol were selected.

3. Полученные результаты3. The results obtained

3.1. Аланиновый скрининг3.1. Alanine Screening

Результаты процедуры симуляции аланинового сканирования представлены в таблице 2.The results of the alanine scan simulation procedure are presented in table 2.

Таблица 2table 2 Результаты аланинового сканирования.Alanine scan results. Номер заменяемой аминокислотыReplaceable Amino Acid Number Стандартное отклонение (S)Standard Deviation (S) Энергия взаимодействия субъединиц, ккал/моль (Eint)The energy of interaction of subunits, kcal / mol (E int ) DD 4949 -310,28-310.28 -90,09469-90,09469 -220,184-220,184 5151 -310,28-310.28 -175,80623-175,80623 -134,472-134,472 5252 -310,28-310.28 -265,89658-265.89658 -44,3816-44.3816 2929th -310,28-310.28 -279,93672-279.93672 -30,3415-30.3415 88 -310,28-310.28 -285,99873-285,99873 -24,2795-24.2795 2525 -310,28-310.28 -307,00792-307,00792 -3,2703-3,2703

Номер заменяемой аминокислотыReplaceable Amino Acid Number Стандартное отклонение (S)Standard Deviation (S) Энергия взаимодействия субъединиц, ккал/моль (Eint)The energy of interaction of subunits, kcal / mol (E int ) DD 30thirty -310,28-310.28 -308,0185-308,0185 -2,25972-2,25972 9999 -310,28-310.28 -309,44921-309,44921 -0,82901-0.82901 6060 -310,28-310.28 -311,43276-311,43276 1,1545431,154543 9898 -310,28-310.28 -311,66917-311,66917 1,3909531,390953 3535 -310,28-310.28 -312,21023-312,21023 1,9320131,932013 50fifty -310,28-310.28 -312,45246-312.45246 2,1742432,174243 55 -310,28-310.28 -313,47315-313,47315 3,1949333.194933 3434 -310,28-310.28 -313,49734-313,49734 3,2191233,219123

Из результатов аланинового скрининга отобраны те, в которых разность между стандартным отклонением и энергией субъединиц (D=S-Eint) отрицательна. В таблице 2 приведены первые 15 строк, полученных после сортировки по параметру D. Из отобранных аминокислотных остатков были выбраны только те, которые находятся на поверхности белка. Ниже приведены номера и названия аминокислотных остатков, которые по результатам аланинового скринига определяют контакты ИД с субъединицей протеазы ВИЧ.From the results of alanine screening, those were selected in which the difference between the standard deviation and the energy of the subunits (D = SE int ) is negative. Table 2 shows the first 15 lines obtained after sorting by parameter D. Of the selected amino acid residues, only those that are on the surface of the protein were selected. Below are the numbers and names of amino acid residues, which according to the results of the alanine screening determine the contacts of the ID with the HIV protease subunit.

1) Asn98, Phe99. Декартовы координаты прямоугольной области локирования относительно приложенного файла (см. приложение I):1) Asn98, Phe99. Cartesian coordinates of the rectangular locking region relative to the attached file (see Appendix I):

- минимальные значения по осям X, Y, Z - 15,290, 30,630, -4,210;- the minimum values along the axes X, Y, Z - 15.290, 30.630, -4.210;

- максимальные значения по осям X, Y, Z - 37,790, 53,130, 18,290.- the maximum values along the X, Y, Z axes are 37.790, 53.130, 18.290.

2) Asp29, Asp30 (взаимодействие с областью 3 на противоположной субъединице).2) Asp29, Asp30 (interaction with region 3 on the opposite subunit).

3) Arg8 (взаимодействие с областью 2 на противоположной субъединице).3) Arg8 (interaction with region 2 on the opposite subunit).

4) Gly49, Gly51, Gly52.4) Gly49, Gly51, Gly52.

3.2. Молекулярный докинг3.2. Molecular docking

По результатам первой стадии локирования было отобрано 300 соединений с лучшей энергией связывания.According to the results of the first locking step, 300 compounds with the best binding energy were selected.

По результатам второго локирования и независимой от Autodock оценки энергии взаимодействия лигандов с субъединицей протеазы ВИЧ (пороговое значение -6 ккал/моль) было отобрано 20 соединений.According to the results of the second locking and independent of Autodock evaluation of the energy of interaction of the ligands with the HIV protease subunit (threshold value of -6 kcal / mol), 20 compounds were selected.

3.3. Дополнительный поиск структур по подобию3.3. Additional search for similar structures

По результатам поиска по подобию, прохождению полного цикла локирования и отбора по энергии (пороговое значение -7 ккал/моль) было отобрано 14 соединений (см. таблицу 3).According to the similarity search results, the complete cycle of locking and energy selection (threshold value of -7 kcal / mol), 14 compounds were selected (see table 3).

Таблица 3Table 3 Соединения, отобранные по результатам поиска по подобию, докинга и энергетическим характеристикам.Compounds selected by search results by similarity, docking and energy characteristics. NN Название веществаSubstance name Оценка DS*, ккал/мольDS rating *, kcal / mol 1one 7-хлор-5,6-диметилбензо[с]акридин7-chloro-5,6-dimethylbenzo [s] acridine -7,9-7.9 22 9-хлор-5,6-диметилбензо[с]акридин9-chloro-5,6-dimethylbenzo [s] acridine -7,77-7.77 33 5,5'-бис(2-метил-1Н-индол-3-ил)-3,3'-биизоксазол5,5'-bis (2-methyl-1H-indol-3-yl) -3,3'-biisoxazole -7,68-7.68 4four 10-хлор-5,6-диметилбензо[с]акридин10-chloro-5,6-dimethylbenzo [s] acridine -7,55-7.55 55 2-хлор-N-(2,5-диметилфенил)-7-метил-7Н-пурин-6-амин2-chloro-N- (2,5-dimethylphenyl) -7-methyl-7H-purin-6-amine -7,51-7.51 66 2,3,6,8-тетрахлорфенантридин2,3,6,8-tetrachlorophenanthridine -7,43-7.43 77 2-хлор-4-метилбензо[h]хинолин2-chloro-4-methylbenzo [h] quinoline -7,32-7.32 88 2-хлор-4-(2-фенилвинил)хинолин2-chloro-4- (2-phenylvinyl) quinoline -7,29-7.29 99 1,3,6,8-тетрахлорфенантридин1,3,6,8-tetrachlorophenanthridine -7,2-7.2 1010 2-(2-(2,4-дихлорфенил)винил)хинолин2- (2- (2,4-dichlorophenyl) vinyl) quinoline -7,12-7.12 11eleven 4-хлор-2-фенилхинолин4-chloro-2-phenylquinoline -7,04-7.04 1212 N-(4-хлорбензилиден)-N-(9Н-флуорен-2-ил)аминN- (4-chlorobenzylidene) -N- (9H-fluoren-2-yl) amine -7,02-7.02 1313 3,6,8-трихлорфенантридин3,6,8-trichlorophenanthridine -7,02-7.02 14fourteen 2-хлорбензо[h]хинолин2-chlorobenzo [h] quinoline -7,01-7.01 * DS - свободная энергия связывания между лигандом и субъединицей протеазы ВИЧ* DS - free binding energy between the ligand and the HIV protease subunit

(6)(6)

Измерение ферментативной активности протеазы ВИЧ в присутствии ингибиторов.Measurement of the enzymatic activity of HIV protease in the presence of inhibitors.

1. Материалы1. Materials

1.1. Препарат протеазы ВИЧ-11.1. HIV-1 protease preparation

В работе была использована рекомбинантная протеаза ВИЧ-1 фирмы Bachem AG (Швейцария) (препарат Н-9040).A recombinant HIV-1 protease from Bachem AG (Switzerland) (preparation N-9040) was used in the work.

1.2. Хромогенный субстрат для протеазы ВИЧ1.2. Chromogenic substrate for HIV protease

Для анализа ферментативной активности протеазы ВИЧ был использован специальный хромогенный субстрат VII: H-Lys-Ala-Arg-Val-Tyr-п-нитро-Phe-Glu-Ala-Nle-NH2 производства фирмы Bachem AG (Швейцария) (препарат Н-1286).To analyze the enzymatic activity of HIV protease, a special chromogenic substrate VII was used: H-Lys-Ala-Arg-Val-Tyr-p-nitro-Phe-Glu-Ala-Nle-NH 2 manufactured by Bachem AG (Switzerland) (drug H- 1286).

1.3. Контрольный ингибитор димеризации (ИД) протеазы ВИЧ1.3. HIV protease dimerization control inhibitor (ID)

Для позитивного контроля в работе был использован известный пептидных ИД (ингибитор Шрама) (пальмитоил-TVSYEL).For positive control, a well-known peptide ID (Scar inhibitor) (palmitoyl-TVSYEL) was used in the work.

1.4. Образцы низкомолекулярных соединений1.4. Samples of low molecular weight compounds

Для экспериментальной проверки действия потенциальны ингибиторов димеризации на ферментативную активность протеазы ВИЧ были взяты 3 образца соединений, отобранных в ходе in vitro скрининга с помощью ОБ.For experimental verification of the action of potential dimerization inhibitors on the enzymatic activity of HIV protease, 3 samples of compounds taken during in vitro screening using OB were taken.

1.5. Другие реактивы и препараты1.5. Other reagents and preparations

Другие реактивы и препараты, использованные в работе, были аналитической чистоты.Other reagents and preparations used in the work were of analytical purity.

2. Методы.2. Methods.

2.1. Кинетические спектральные измерения2.1. Kinetic spectral measurements

Для регистрации кинетики ферментативной реакции был использован спектрофотометр Libra S32PC (Biochrom, Англия) в режиме «Кинетика». Измерение производили при 25°С по снижению поглощения при 300 нм (пик поглощения субстрата VII).To register the kinetics of the enzymatic reaction, a Libra S32PC spectrophotometer (Biochrom, England) in the “Kinetics” mode was used. The measurement was carried out at 25 ° C to reduce the absorption at 300 nm (peak absorption of the substrate VII).

2.2. Анализ ферментативной активности протеазы ВИЧ2.2. Analysis of the enzymatic activity of HIV protease

Для измерения ферментативной активности протеазы ВИЧ был использован хромогенный субстрат VII, имеющий максимум поглощения в УФ при 300 нм.To measure the enzymatic activity of HIV protease, a chromogenic substrate VII was used, which has a maximum absorption in UV at 300 nm.

Препарат протеазы ВИЧ (100 нг) инкубировали 35 мин при 25°С в 240 мкл буфера (1 М NaCl, 1 мМ ЭДТА, 0,1% CHAPS, 8% ДМСО, 0,1 М ацетат натрия, рН 5,0) в присутствии (опыт) или отсутствии (контроль) разных концентраций потенциального ИД. Конечная концентрация протеазы ВИЧ была примерно 18 нМ. Затем смесь переносили в кварцевую полумикрокювету и запускали реакцию добавлением 10 мкл раствора субстрата VII до конечной концентрации 25 мкМ.HIV protease preparation (100 ng) was incubated for 35 min at 25 ° C in 240 μl of buffer (1 M NaCl, 1 mm EDTA, 0.1% CHAPS, 8% DMSO, 0.1 M sodium acetate, pH 5.0) in the presence (experience) or absence (control) of different concentrations of potential ID. The final HIV protease concentration was approximately 18 nM. The mixture was then transferred to a quartz semi-microcuvette and the reaction was started by adding 10 μl of substrate VII solution to a final concentration of 25 μM.

Смесь быстро перемешивали и активность протеазы ВИЧ регистрировали при 25°С по снижению поглощения при 300 нм в течение 35 мин. Активность протеазы ВИЧ (мкмоль субстрата/(мин·мг фермента)) вычисляли по формулеThe mixture was stirred rapidly and HIV protease activity was recorded at 25 ° C to reduce absorbance at 300 nm for 35 minutes. HIV protease activity (μmol substrate / (min · mg enzyme)) was calculated by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔА300 - изменение оптической плотности,where ΔA 300 is the change in optical density,

V - общий объем смеси (л),V is the total volume of the mixture (l),

Е - коэффициент молярной экстинкции субстрата (М-1см-1),E is the coefficient of molar extinction of the substrate (M -1 cm -1 ),

m - масса протеазы (мг),m is the mass of the protease (mg),

t - время измерения (мин),t is the measurement time (min),

l - толщина измерительной кюветы (см).l is the thickness of the measuring cell (cm).

Ингибирующее действие потенциальных ИД и КИД выражалось величиной IC50 (концентрация ингибитора, подавляющая 50% активности фермента).The inhibitory effect of potential ID and KID was expressed by the value of IC 50 (inhibitor concentration, inhibiting 50% of the enzyme activity).

3. Результаты.3. Results.

На фиг.1 в качестве примера приведены кинетические записи изменения поглощения при 300 нм во времени в присутствии ИД. Можно видеть, что ИД тормозит ферментативную реакцию. Из зависимостей активности протеазы ВИЧ в присутствии различных концентраций ИД (в качестве примера см. фиг.2) были рассчитаны значения IC50. Полученные результаты приведены в таблице 4.Figure 1 shows, as an example, kinetic records of the change in absorbance at 300 nm over time in the presence of an ID. You can see that ID inhibits the enzymatic reaction. From the dependences of HIV protease activity in the presence of various ID concentrations (as an example, see FIG. 2), IC 50 values were calculated. The results are shown in table 4.

Таблица 4Table 4 Значения IC50 для 3 потенциальных ИД и КИД.IC 50 values for 3 potential IDs and KIDs. № препаратаDrug number 4four 1010 14fourteen КИДKid IC50 (мкМ)IC 50 (μm) 3,43.4 1,21,2 8,58.5 1,11,1

Таким образом, все три потенциальных ИД, отобранных в эксперименте in vitro с помощью тест-системы на ОБ, показали достаточную ингибирующую активность, сравнимую с контрольным пептидным ИД (ингибитор Шрама).Thus, all three potential IDs selected in an in vitro experiment using the OB test system showed sufficient inhibitory activity comparable to the control peptide ID (Scar inhibitor).

Claims (4)

1. Способ выявления соединения, являющегося неконкурентным ингибитором протеазы вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) (SEQ ID NO: 1), предусматривающий выявление методами аланинового скинирования и молекулярного докинга соединения, по меньшей мере, один атом которого контактирует, по меньшей мере, с одним атомом аминокислотного остатка, выбранного из группы, состоящей из Asn98, Phe99, Asp29, Asp30, Arg8, Gly49, Gly51 и Gly52 SEQ ID NO: 1, на расстоянии не более 5 Å.1. A method for detecting a compound that is a non-competitive inhibitor of the human immunodeficiency virus (HIV) protease (SEQ ID NO: 1), comprising detecting by alanine skinning and molecular docking methods a compound of at least one atom of which contacts at least one atom an amino acid residue selected from the group consisting of Asn98, Phe99, Asp29, Asp30, Arg8, Gly49, Gly51 and Gly52 SEQ ID NO: 1, at a distance of not more than 5 Å. 2. Способ по п.1, в соответствии с которым аланиновый скрининг проводится средствами программы CHARMM с использованием процедуры молекулярной динамики.2. The method according to claim 1, whereby the alanine screening is carried out by means of the CHARMM program using the molecular dynamics procedure. 3. Способ по п.1, в соответствии с которым собственное время симуляции после уравновешивания составляет 10 пс (шаг 1 фс) с записью промежуточных состояний через каждые 10 шагов, а для каждого промежуточного состояния проводится последовательная виртуальная замена каждого аминокислотного остатка субъединицы протеазы на аланин, в ходе каждой из которых проводится оценка изменений внутренней энергии комплекса субъединиц (в ккал/моль) по формуле:
Figure 00000001
,
где Eint - энергия взаимодействия между субъединицами, EAB - энергия димера ЕА, ЕВ - энергия каждой из цепей.
3. The method according to claim 1, according to which the proper simulation time after balancing is 10 ps (1 fs step) with the recording of intermediate states every 10 steps, and for each intermediate state a sequential virtual replacement of each amino acid residue of the protease subunit with alanine is performed , during each of which an assessment is made of changes in the internal energy of the complex of subunits (in kcal / mol) according to the formula:
Figure 00000001
,
wherein E int - the energy of interaction between the subunits, E AB - dimer energy E A, E B - the energy of each of the chains.
4. Способ по п.1, в соответствии с которым в процедуре докинга в качестве посадочного места используются зоны на поверхности одной из субъединиц димера, определенные в результате аланинового сканирования, а именно: Asn98, Phe99, Asp29, Asp30, Arg8, Gly49, Gly51 и Gly52 SEQ ID NO: 1. 4. The method according to claim 1, according to which in the docking procedure, zones on the surface of one of the dimer subunits determined by alanine scanning are used as a seat, namely: Asn98, Phe99, Asp29, Asp30, Arg8, Gly49, Gly51 and Gly52 SEQ ID NO: 1.
RU2007134022/04A 2007-09-12 2007-09-12 Method of detecting compounds reducing functional activity of human immunodeficiency virus protease and method of inhibiting dimerisation of hiv protease subunits RU2399612C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007134022/04A RU2399612C2 (en) 2007-09-12 2007-09-12 Method of detecting compounds reducing functional activity of human immunodeficiency virus protease and method of inhibiting dimerisation of hiv protease subunits

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007134022/04A RU2399612C2 (en) 2007-09-12 2007-09-12 Method of detecting compounds reducing functional activity of human immunodeficiency virus protease and method of inhibiting dimerisation of hiv protease subunits

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007134022A RU2007134022A (en) 2009-03-20
RU2399612C2 true RU2399612C2 (en) 2010-09-20

Family

ID=40544851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007134022/04A RU2399612C2 (en) 2007-09-12 2007-09-12 Method of detecting compounds reducing functional activity of human immunodeficiency virus protease and method of inhibiting dimerisation of hiv protease subunits

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2399612C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002014271A1 (en) * 2000-08-10 2002-02-21 Mitsubishi Pharma Corporation Proline derivatives and use thereof as drugs
WO2005097800A1 (en) * 2004-04-02 2005-10-20 Osi Pharmaceuticals, Inc. 6,6-bicyclic ring substituted heterobicyclic protein kinase inhibitors
RU2005139393A (en) * 2003-05-16 2006-07-27 Уайт (Us) Phenylquinolines and Their Use as Modulators of Estrogen Receptors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002014271A1 (en) * 2000-08-10 2002-02-21 Mitsubishi Pharma Corporation Proline derivatives and use thereof as drugs
RU2005139393A (en) * 2003-05-16 2006-07-27 Уайт (Us) Phenylquinolines and Their Use as Modulators of Estrogen Receptors
WO2005097800A1 (en) * 2004-04-02 2005-10-20 Osi Pharmaceuticals, Inc. 6,6-bicyclic ring substituted heterobicyclic protein kinase inhibitors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Fakhfakh MA, Fournet A, Prina E, Mouscadet JF, Franck X, Hocqueniiller R, Figadere B. Synthesis and biological evaluation of substituted quinolines: potential treatment of protozoal and retroviral co-infections. Bioorganic and Medicinal Chemistry. 2003 Nov 17; 11(23):5013-23. Deprez E, Barbe S, Kolaski M, Leh H, Zouhiri F, Auclair C, Brochon JC, Le Bret M, Mouscadet JF. Mechanism of HIV-1 integrase inhibition by styrylquinoline derivatives in vitro. Mol Pharmacol. 2004 Jan; 65(1):85-98. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007134022A (en) 2009-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yamashiro et al. Phosphorylation of non-muscle caldesmon by p34 cdc2 kinase during mitosis
Morellet et al. Conformational behaviour of the active and inactive forms of the nucleocapsid NCp7 of HIV-1 studied by 1H NMR
Wallqvist et al. A preference‐based free‐energy parameterization of enzyme‐inhibitor binding. Applications to HIV‐1‐protease inhibitor design
Mayer et al. Mapping the active site of angiotensin-converting enzyme by transferred NOE spectroscopy
CN111732637A (en) Polypeptides that inhibit the infection of host cells by novel coronavirus SARS-CoV-2 and their applications
JP2005517227A (en) Cytokine receptor
US8765686B2 (en) Polypeptides for treating and/or limiting influenza infection
Rea et al. Crystal structure of Porphyromonas gingivalis dipeptidyl peptidase 4 and structure-activity relationships based on inhibitor profiling
KR20030009450A (en) Thrombopoietin Receptor Modulating Peptide
Siegel et al. Structure-based design of α-amido aldehyde containing gluten peptide analogues as modulators of HLA-DQ2 and transglutaminase 2
Qiao et al. Tissue transglutaminase-mediated formation and cleavage of histamine-gliadin complexes: biological effects and implications for celiac disease
US20050221285A1 (en) Method for identifying or screening anti-viral agents
Stoddard et al. Molecular recognition analyzed by docking simulations: the aspartate receptor and isocitrate dehydrogenase from Escherichia coli.
Pender et al. Toward a rational design of peptide inhibitors of ribonucleotide reductase: structure− function and modeling studies
Fewtrell et al. Unexpected findings from target analysis of immunoglobulin E and its receptor
Tomasselli et al. Calcium‐free calmodulin is a substrate of proteases from human immunodeficiency viruses 1 and 2
RU2399612C2 (en) Method of detecting compounds reducing functional activity of human immunodeficiency virus protease and method of inhibiting dimerisation of hiv protease subunits
US20150038408A1 (en) Polypeptides for treating and/or limiting influenza infection
US8258127B2 (en) Methods for treating latent tuberculosis
Wu et al. Binding of the nucleocapsid protein of type 1 human immunodeficiency virus to nucleic acids studied using phosphorescence and optically detected magnetic resonance
US20040197893A1 (en) HDM2-inhibitor complexes and uses thereof
US20020064770A1 (en) Binding compounds and methods for identifying binding compounds
US20080206264A1 (en) Constrained Hiv V3 Loop Peptides as Novel Immunogens and Receptor Antagonists
Chang et al. Biophysical evidence of two docking sites of the carboxyl heptad repeat region within the amino heptad repeat region of gp41 of human immunodeficiency virus type 1
JP2005536717A (en) Antiviral inhibition of capsid protein

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20110506

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20161115