Υπολογιστικές μελέτες για την εύρεση μορίων-υποψήφιων αναστολέων έναντι πεπτιδίων και πρωτεϊνών που σχετίζονται με την παθολογία της νόσου του Alzheimer

Οι νευροεκφυλιστικές νόσοι συνιστούν μια ετερογενή ομάδα ασθενειών, των οποίων κύρια χαρακτηριστικά αποτελούν στερεοδιαταξικές αλλαγές σε πρωτεΐνες και η λανθασμένη αναδίπλωση τους προς αμυλοειδή ινίδια, με αποτέλεσμα τον προοδευτικό θάνατο των νευρώνων εξαιτίας της συσσωμάτωσης αυτών των πρωτεϊνών στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα. Η νόσος του Alzheimer είναι μια στερεοδιαταξική, νευροεκφυλιστική ασθένεια που αποτελεί την πιο κοινή μορφή άνοιας στον ηλικιωμένο πληθυσμό. Η παθολογία της νόσου του Alzheimer έγκειται στην παρουσία ενδοκυτταρικών νευροϊνιδιακών δεματίων της πρωτεΐνης tau και εξωκυτταρικών αμυλοειδών πλακών του πεπτιδίου Αβ. Η τάση του πεπτιδίου Αβ να αυτοσυσσωματώνεται και να σχηματίζει ολιγομερή και πρωτοϊνίδια, με τελικό αποτέλεσμα την εναπόθεση αμυλοειδών ινιδίων σε πλάκες, καθώς και η συσσωμάτωση της πρωτεΐνης tau, αποτελούν καίρια σημεία της διαδικασίας που οδηγούν στη νόσο του Alzheimer. Ποικίλες μικρές οργανικές ενώσεις, προερχόμενες από φυσικά προϊόντα, έχουν επιδείξει ενδιαφέρουσες και ευεργετικές επιδράσεις στην εξέλιξη διαφόρων νευροεκφυλιστικών ασθενειών, όπως και η νόσος του Alzheimer, και σχετίζονται με την αναστολή της συσσωμάτωσης του πεπτιδίου Αβ και της πρωτεΐνης tau. Συνεπώς, η αποτροπή του ολιγομερισμού του πεπτιδίου Αβ και της πρωτεΐνης tau μπορεί να διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη υποσχόμενων θεραπειών και τα μικρά μόρια που ανήκουν στην κατηγορία των φυσικών προϊόντων, καθώς και τα χημικά τους παράγωγα, συνιστούν αξιόλογους υποψήφιους θεραπευτικούς παράγοντες. Βάσει του συγκεκριμένου σκεπτικού, η διερεύνηση και ο προσδιορισμός αναστολέων με διπλή δράση, οι οποίοι θα στοχεύουν, τόσο στη συσσωμάτωση του πεπτιδίου Αβ, όσο και της πρωτεΐνης tau, θα μπορούσαν να αποδειχθούν ιδιαίτερα επωφελείς. Σκοπός, λοιπόν, της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η ταυτοποίηση δραστικών μορίων-αναστολέων έναντι του ολιγομερισμού του πεπτιδίου Αβ και της πρωτεΐνης tau με in silico ή υπολογιστικές μεθόδους. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, υλοποιείται ένας συνδυασμός από στρατηγικές σχεδιασμού βιοδραστικών μορίων που βασίζονται, τόσο στη δομή, όσο και στους προσδέτες, προκειμένου ενώσεις από φυσικά ή συνθετικά προϊόντα να αξιολογηθούν ως πιθανοί αναστολείς της διαδικασίας ολιγομερισμού. Με βάση τα αποτελέσματα αυτών των μεθόδων, διεξάγεται περαιτέρω βελτιστοποίηση των περισσότερο υποσχόμενων μορίων-αναστολέων με τεχνικές σχεδιασμού βασισμένες στη χρήση μικρών τμημάτων. Πιο συγκεκριμένα, έπειτα από μια εκτενή αναζήτηση στη βιβλιογραφία και τον προσδιορισμό των δομών των πρωτεϊνών-στόχων, αξιοποιείται ένας αριθμός μικρών μορίων ως προσδέτες για πειράματα Μοριακής Αγκυροβόλησης με βάση τη δομή τους. Τα αποτελέσματα που παράγονται χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη μοντέλων ποσοτικής σχέσης δομής-δραστικότητας [quantitative structure-activity relationship (QSAR) models], έτσι ώστε να βελτιστοποιηθούν οι κύριες ενώσεις ή και να εντοπιστούν νέα υποψήφια μόρια. Η αποτελεσματικότητα των πιθανών αναστολέων-μορίων εκτιμάται με τη διεξαγωγή προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής, καθώς και με περίπλοκες αναλύσεις που σχετίζονται με τον καθορισμό της ελεύθερης ενέργειας αλληλεπίδρασης των παραγόμενων συμπλόκων και το τοπίο ελεύθερης ενέργειας. Τα υποσχόμενα μόρια-αναστολείς, συγκεκριμένα η N-μεθυλοσολασοδίνη και η σολανιδίνη, υποβάλλονται σε τροποποιήσεις με την εύρεση μικρών δομικών «θραυσμάτων» (fragment-based drug design), προκειμένου να αναπτυχθούν, τελικά, όσο το δυνατόν πιο βιοδραστικές ενώσεις. Η αξιολόγηση της δράσης των νέων ενώσεων που προκύπτουν από τα δομικά θραύσματα των δύο υποψήφιων μορίων πραγματοποιείται με πειράματα Μοριακής Αγκυροβόλησης και προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης φανερώνουν ότι αρκετά μικρά μόρια-προσδέτες είναι ικανά να προξενήσουν σημαντικές στερεοδιαταξικές τροποποιήσεις, τόσο στις συσσωματωμένες δομές του πεπτιδίου Αβ, όσο και σε εκείνες της πρωτεΐνης tau. Ειδικότερα, η αλληλεπίδραση μεταξύ των εξεταζόμενων ενώσεων και των αντίστοιχων πρωτεϊνικών υποδοχέων επιφέρει μείωση του αριθμού των δεσμών υδρογόνου μεταξύ των αλυσίδων εντός των πρωτοϊνιδίων του πεπτιδίου Αβ και των ελικοειδών νηματίων της πρωτεΐνης tau, με αποτέλεσμα τη μερική αποσταθεροποίηση των δομών που ευθύνονται για την παθογονική φύση τους. Επιπλέον, παρατηρούνται αξιοσημείωτες μεταβολές στη δευτεροταγή δομή και των δύο πρωτεϊνικών στόχων, ιδίως προς το τέλος των προσομοιωμένων τροχιακών. Σε πολλές περιπτώσεις, οι β-κλώνοι, δομικά στοιχεία ζωτικής σημασίας για τη σταθερότητα των συσσωματωμάτων του πεπτιδίου Αβ και της πρωτεΐνης tau, στερούνται της σταθερότητάς τους και συχνά αντικαθίστανται από τυχαία ελικοειδή στοιχεία ή και α- ή 310-έλικες, γεγονός που υποδηλώνει μια μετάβαση προς διαμορφώσεις λιγότερο επιρρεπείς σε συσσωμάτωση. Οι συγκεκριμένες δομικές αλλαγές αναδεικνύουν μια τάση προς μη συσσωματωμένες ή λιγότερο ευαίσθητες στη συσσωμάτωση διαμορφώσεις, ενισχύοντας έτσι το αντι-αμυλοειδογόνο δυναμικό των εξεταζόμενων ενώσεων. Αντίθετα, ένα μικρό υποσύνολο των μορίων που αξιολογούνται επιδεικνύει ελάχιστη επίδραση στις δομές των πρωτεϊνών-στόχων, φανερώνοντας περιορισμένη ή απουσία ανασταλτικής δράσης έναντι των διαδικασιών συσσωμάτωσης. Ως εκ τούτου, τα δεδομένα της παρούσας εργασίας μπορούν πιθανά να συνδράμουν στην αποκάλυψη των δομικών και δυναμικών μηχανισμών που υπόκεινται πίσω από τη συσσωμάτωση των πρωτεϊνών, καθώς και στον εντοπισμό νέων χημικών προϊόντων και στον σχεδιασμό νέων μορίων που δρουν σε καθορισμένα σημεία για να εμποδίσουν την εξέλιξη της νόσου του Alzheimer. Δεδομένης της σημασίας της συσσωμάτωσης των πρωτεϊνών στη φυσιολογία και την παθολογία των νευροεκφυλιστικών ασθενειών, ο συνδυασμός κατάλληλων πειραματικών μελετών με τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας θα βρει εφαρμογή στο σχεδιασμό νέων, πιο ισχυρών θεραπευτικών φαρμάκων έναντι της νόσου του Alzheimer.

Authors dc:creator

• ΒΡΑΪΛΑ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑ
• VRAILA KONSTANTINA

• Θετικές Επιστήμες
• Science

Language dc:language

Ελληνικά, Greek

Identifier

uoadl:5374502

OAI identifier oai:identifier

oai:lib.uoa.gr:uoadl:5374502