構造に基づいた低分子 APC-Asef 相互作用阻害剤の発見。インシリコ・アプローチと分子動力学シミュレーション

Structure-based discovery of small molecule APC-Asef interaction inhibitors: In silico approaches and molecular dynamics simulations.

• Surender Singh Jadav
• Stephani Joy Y Macalino
• Ramesh Alluri

抄録

世界的な死亡原因の第一位とされる大腸がんは、大腸内壁や直腸壁に良性のポリープが形成されることで発症する。腺腫性大腸ポリープ症（APC）遺伝子の切断は、グアニンヌクレオチド交換因子（GEF）Asefと組み合わされると、結腸領域全体に疾患の広がりをもたらす。一連のペプチド模倣薬は、APC-Asef界面を標的とすることができるタンパク質-タンパク質相互作用阻害剤として以前に発見されていた。分子動力学シミュレーションと組み合わせた一連のドッキング法を用いた構造ベースのバーチャルスクリーニング(SBVS)を行い、新規な小薬様薬剤を同定した。初期スクリーニングプロセスの後、多様な化学的足場を持ち、Arg549や他の活性部位残基と直接相互作用する化合物を選択し、誘導フィットを行った。その結果、リガンドヒット構造中に見出されたアミド官能基は、Arg549と強い相互作用を示し、ペプチド結合部位内での適切な配置を可能にする構造変化を観察することができました。さらに、APC-Asef結合部位内でのトップヒット838のpH特異的MDシミュレーションは、変化する微小環境下での生化学的認識に必要な重要な相互作用を示した。予測された阻害定数（Ki）値とヒットの結合自由エネルギーは、他の化学的足場よりもアミド基の重要性をさらに説明した。このような in silico アプローチの組み合わせは、APC-Asef 相互作用を標的とした大腸肛門領域の創薬プログラムのための重要な洞察を提供する。グラフィカルアブストラクト リガンドとの相互作用に関与する共通の活性部位残基

Colorectal cancer, which is considered one of the leading causes of mortality worldwide, develops through the formation of benign polyps on the inner colon or rectum wall. Truncations in adenomatous polyposis coli (APC) gene lead to the spread of the disease in the entire colon region when combined with the guanine nucleotide exchange factor (GEF) Asef. A series of peptidomimetic agents were previously discovered as protein-protein interaction inhibitors that can target the APC-Asef interface. Structure-based virtual screening (SBVS), using a set of docking methods combined with molecular dynamics simulations, was carried out to identify new small drug-like agents. After the initial screening process, compounds with diverse chemical scaffolds and direct interaction with Arg549 and other active site residues were chosen and subjected to induce fit. The amide functional group found in the ligand hit structures showed strong interactions with Arg549, leading to observable conformational changes that allow suitable positioning within the peptide binding site. Furthermore, the pH-specific MD simulations of the top hit 838 within the APC-Asef binding site depicted significant interactions required for biochemical recognition in changing microenvironment. Predicted inhibitory constant (Ki) values and binding free energies of hits further described the significance of the amide group over the other chemical scaffolds. This combination of in silico approaches provides key insights for colorectal drug discovery programs targeting the APC-Asef interaction. Graphical abstract The common active site residues involved in interaction with ligands.