{"id":{"repo_id":"athens","oai_identifier":"oai:lib.uoa.gr:uoadl:5372142"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/athens/oai:lib.uoa.gr:uoadl:5372142","repository":{"repo_id":"athens","name":"National and Kapodistrian University of Athens","base_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/frontend/oaipmh"},"display":{"title":"Υπολογιστική ανίχνευση αναστολέων της προβληματικής αναδίπλωσης και συσσωμάτωσης των πρωτεϊνών Tau και Huntingtin που εμπλέκονται στις νευροεκφυλιστικές νόσους Alzheimer και Huntington.","abstract":"Οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες, όπως η νόσος Alzheimer η οποία προσβάλλει πάνω από 55 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως και η κληρονομική νόσος Huntington, αποτελούν πρόκληση για τη δημόσια υγεία, ιδιαίτερα καθώς το προσδόκιμο ζωής αυξάνεται. Για τη νόσο Huntington, οι εγκεκριμένες θεραπείες στοχεύουν αποκλειστικά στη συμπτωματική ανακούφιση. Για τη νόσο Alzheimer, πέρα από τη συμπτωματική αγωγή, έχουν εγκριθεί τα μονοκλωνικά αντισώματα έναντι β-αμυλοειδούς Donanemab και Lecanemab. Ωστόσο, τα φάρμακα αυτά σχετίζονται με σοβαρές ανεπιθύμητες ενέργειες γνωστές ως Αmyloid Related Imaging Abnormalities-ARIΑ, οι οποίες περιλαμβάνουν οίδημα και πιθανή αιμορραγία στον εγκέφαλο. Καθοριστικό ρόλο στη μοριακή βάση αυτών των ασθενειών διαδραματίζουν οι πρωτεΐνες Tau και Huntingtin, οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών (Intrinsically Disordered Proteins- IDPs). Η δομική τους ετερογένεια καθιστά εξαιρετικά δύσκολη τη φαρμακευτική τους στόχευση. Με τη γήρανση, οι πρωτεΐνες αυτές τείνουν να υφίστανται προβληματική αναδίπλωση, οδηγώντας στη δημιουργία εν γένει τοξικών εναποθέσεων, που σχετίζονται με παθολογικές εκδηλώσεις και νευροεκφύλιση. Η κινητική της εναπόθεσης και για τις δυο πρωτεΐνες ακολουθεί δυο διακριτά μονοπάτια: το κλασικό μονοπάτι εναπόθεσης (deposition pathway) νουκλεοκαθοδηγούμενης ανάπτυξης και το μονοπάτι συμπύκνωσης (condensation pathway), όπου τα μονομερή συγκεντρώνονται πρώτα σε υγροσταγονίδια μέσω διαχωρισμού φάσεων υγρού-υγρού (LLPS), πριν μεταβούν σε συμπαγείς δομές και τελικά αμυλοειδείς εναποθέσεις. Συνεπώς, η ανεύρεση μικρών, διαπερατών από τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, μορίων με φαρμακολογικές ιδιότητες που δρουν είτε ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο του μονομερούς πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων είτε ως αναστολείς περαιτέρω συσσωμάτωσης, συνιστά στρατηγική μεγάλης σημασίας για την ανάπτυξη καινοτόμων θεραπειών. Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η υπολογιστική ανίχνευση μικρών μορίων-προσδετών με δράση σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές/αναστολείς κινητικής αμυλοειδούς εναπόθεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς των παθολογικών παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων. Για την πρωτεΐνη Tau, στόχος ήταν η υπολογιστική εύρεση μικρών μορίων-προσδετών με δυο μηχανισμούς δράσης: σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο της μονομερούς μορφής πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων και σε ώριμο στάδιο ως αναστολείς κινητικής συσσωμάτωσης ινιδίων είτε μέσω πρόσδεσης σε υπάρχοντα ινίδια της Tau είτε μέσω διάσπασης υπαρχόντων ινιδίων. Αυτή η διπλή στρατηγική αποσκοπεί τόσο στην προληπτική όσο και στη θεραπευτική προσέγγιση ακόμη και σε άτομα με εγκατεστημένη παθογένεια, αναστέλλοντας επιπλέον το μηχανισμό νευροεκφύλισης. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων, ως αρχικό βήμα προσδιορίστηκε τo δομικό σύνολο με προσομοιώσεις μεταδυναμικής συζευγμένης με AlphaFold-Metainference. Για την πρωτεΐνη Tau, αξιοποιήθηκε το δομικό σύνολο της ισομορφής 2N_4R προσδιορισμένο, από τους Brotzakis et. al [1], δεδομένης της ευρείας χρήσης της συγκεκριμένης ισομορφής ως πρότυπο σε πειραματικές μελέτες. Για τον καθορισμό των δομικών συνόλων των παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin (μια φυσιολογική και δυο παθολογικές παραλλαγές), εφαρμόστηκε το συζευγμένο αυτό πρωτόκολλο για πρώτη φορά. Έπειτα, ανιχνεύθηκαν συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης στα προσδιοριζόμενα δομικά σύνολα με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου pyKVFinder, με συγκεκριμένα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά υδροφοβικότητας (hydropathy), όγκου κοιλότητας (volume) και εμβαδόν επιφάνειας κοιλότητας (area). Το δομικό σύνολο στοχεύθηκε στις συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης με 10.000 τυχαία μόρια από τη βάση δεδομένων MolPort, με υπολογιστικές προσομοιώσεις μοριακής πρόσδεσης. Για την πρωτεΐνη Huntingtin ανιχνεύτηκαν υπολογιστικά, εκλεκτικά μόρια προσδέτες (ενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές και ανενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τη φυσιολογική παραλλαγή) και μη εκλεκτικά μόρια (ισχυροί προσδέτες με 100% πρόσδεση επί των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές). Για την πρωτεΐνη Tau ανιχνεύτηκαν υποψήφια μόρια, τα οποία δρουν ως πολύ ισχυροί προσδέτες στο 100% των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς και στη Cryo-EM δομή του ινιδίου PHF της tau (PDB ID:5O3L). Τα μόρια που προέκυψαν, φιλτραρίστηκαν με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου DeePred-BBB ώστε να επιλεχθούν τελικά μόνο εκείνα που διαπερνούσαν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό δεδομένης της νευροεκφυλιστικής φύσης των ασθενειών. Τα ευρήματα αυτά αναδεικνύουν τη δυνατότητα στοχευμένης υπολογιστικής ανακάλυψης φαρμακολογικά δραστικών μικρών μορίων έναντι εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών, μιας στρατηγικής που μέχρι πρόσφατα θεωρείτο εξαιρετικά δύσκολη εξαιτίας της δομικής ετερογένειας τους. Η ταυτοποίηση εκλεκτικών και μη εκλεκτικών μορίων για την πρωτεΐνη Huntingtin και η ανίχνευση υποψήφιων μορίων για την πρωτεΐνη Tau με διπλό μηχανισμό δράσης, καθίστανται πολλά υποσχόμενες ως νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις, που δύνανται να λειτουργήσουν τόσο σε προληπτικό όσο και σε θεραπευτικό επίπεδο με εγκατεστημένη παθογένεια. Μελλοντικά, τα μόρια που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη, θα πρέπει να υποβληθούν σε in vitro και in vivo πειράματα με στόχο την επιβεβαίωση βιολογικής δράσης.","abstract_html":"Οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες, όπως η νόσος Alzheimer η οποία προσβάλλει πάνω από 55 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως και η κληρονομική νόσος Huntington, αποτελούν πρόκληση για τη δημόσια υγεία, ιδιαίτερα καθώς το προσδόκιμο ζωής αυξάνεται. Για τη νόσο Huntington, οι εγκεκριμένες θεραπείες στοχεύουν αποκλειστικά στη συμπτωματική ανακούφιση. Για τη νόσο Alzheimer, πέρα από τη συμπτωματική αγωγή, έχουν εγκριθεί τα μονοκλωνικά αντισώματα έναντι β-αμυλοειδούς Donanemab και Lecanemab. Ωστόσο, τα φάρμακα αυτά σχετίζονται με σοβαρές ανεπιθύμητες ενέργειες γνωστές ως Αmyloid Related Imaging Abnormalities-ARIΑ, οι οποίες περιλαμβάνουν οίδημα και πιθανή αιμορραγία στον εγκέφαλο. Καθοριστικό ρόλο στη μοριακή βάση αυτών των ασθενειών διαδραματίζουν οι πρωτεΐνες Tau και Huntingtin, οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών (Intrinsically Disordered Proteins- IDPs). Η δομική τους ετερογένεια καθιστά εξαιρετικά δύσκολη τη φαρμακευτική τους στόχευση. Με τη γήρανση, οι πρωτεΐνες αυτές τείνουν να υφίστανται προβληματική αναδίπλωση, οδηγώντας στη δημιουργία εν γένει τοξικών εναποθέσεων, που σχετίζονται με παθολογικές εκδηλώσεις και νευροεκφύλιση. Η κινητική της εναπόθεσης και για τις δυο πρωτεΐνες ακολουθεί δυο διακριτά μονοπάτια: το κλασικό μονοπάτι εναπόθεσης (deposition pathway) νουκλεοκαθοδηγούμενης ανάπτυξης και το μονοπάτι συμπύκνωσης (condensation pathway), όπου τα μονομερή συγκεντρώνονται πρώτα σε υγροσταγονίδια μέσω διαχωρισμού φάσεων υγρού-υγρού (LLPS), πριν μεταβούν σε συμπαγείς δομές και τελικά αμυλοειδείς εναποθέσεις. Συνεπώς, η ανεύρεση μικρών, διαπερατών από τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, μορίων με φαρμακολογικές ιδιότητες που δρουν είτε ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο του μονομερούς πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων είτε ως αναστολείς περαιτέρω συσσωμάτωσης, συνιστά στρατηγική μεγάλης σημασίας για την ανάπτυξη καινοτόμων θεραπειών. Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η υπολογιστική ανίχνευση μικρών μορίων-προσδετών με δράση σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές/αναστολείς κινητικής αμυλοειδούς εναπόθεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς των παθολογικών παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων. Για την πρωτεΐνη Tau, στόχος ήταν η υπολογιστική εύρεση μικρών μορίων-προσδετών με δυο μηχανισμούς δράσης: σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο της μονομερούς μορφής πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων και σε ώριμο στάδιο ως αναστολείς κινητικής συσσωμάτωσης ινιδίων είτε μέσω πρόσδεσης σε υπάρχοντα ινίδια της Tau είτε μέσω διάσπασης υπαρχόντων ινιδίων. Αυτή η διπλή στρατηγική αποσκοπεί τόσο στην προληπτική όσο και στη θεραπευτική προσέγγιση ακόμη και σε άτομα με εγκατεστημένη παθογένεια, αναστέλλοντας επιπλέον το μηχανισμό νευροεκφύλισης. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων, ως αρχικό βήμα προσδιορίστηκε τo δομικό σύνολο με προσομοιώσεις μεταδυναμικής συζευγμένης με AlphaFold-Metainference. Για την πρωτεΐνη Tau, αξιοποιήθηκε το δομικό σύνολο της ισομορφής 2N_4R προσδιορισμένο, από τους Brotzakis et. al [1], δεδομένης της ευρείας χρήσης της συγκεκριμένης ισομορφής ως πρότυπο σε πειραματικές μελέτες. Για τον καθορισμό των δομικών συνόλων των παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin (μια φυσιολογική και δυο παθολογικές παραλλαγές), εφαρμόστηκε το συζευγμένο αυτό πρωτόκολλο για πρώτη φορά. Έπειτα, ανιχνεύθηκαν συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης στα προσδιοριζόμενα δομικά σύνολα με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου pyKVFinder, με συγκεκριμένα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά υδροφοβικότητας (hydropathy), όγκου κοιλότητας (volume) και εμβαδόν επιφάνειας κοιλότητας (area). Το δομικό σύνολο στοχεύθηκε στις συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης με 10.000 τυχαία μόρια από τη βάση δεδομένων MolPort, με υπολογιστικές προσομοιώσεις μοριακής πρόσδεσης. Για την πρωτεΐνη Huntingtin ανιχνεύτηκαν υπολογιστικά, εκλεκτικά μόρια προσδέτες (ενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές και ανενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τη φυσιολογική παραλλαγή) και μη εκλεκτικά μόρια (ισχυροί προσδέτες με 100% πρόσδεση επί των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές). Για την πρωτεΐνη Tau ανιχνεύτηκαν υποψήφια μόρια, τα οποία δρουν ως πολύ ισχυροί προσδέτες στο 100% των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς και στη Cryo-EM δομή του ινιδίου PHF της tau (PDB ID:5O3L). Τα μόρια που προέκυψαν, φιλτραρίστηκαν με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου DeePred-BBB ώστε να επιλεχθούν τελικά μόνο εκείνα που διαπερνούσαν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό δεδομένης της νευροεκφυλιστικής φύσης των ασθενειών. Τα ευρήματα αυτά αναδεικνύουν τη δυνατότητα στοχευμένης υπολογιστικής ανακάλυψης φαρμακολογικά δραστικών μικρών μορίων έναντι εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών, μιας στρατηγικής που μέχρι πρόσφατα θεωρείτο εξαιρετικά δύσκολη εξαιτίας της δομικής ετερογένειας τους. Η ταυτοποίηση εκλεκτικών και μη εκλεκτικών μορίων για την πρωτεΐνη Huntingtin και η ανίχνευση υποψήφιων μορίων για την πρωτεΐνη Tau με διπλό μηχανισμό δράσης, καθίστανται πολλά υποσχόμενες ως νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις, που δύνανται να λειτουργήσουν τόσο σε προληπτικό όσο και σε θεραπευτικό επίπεδο με εγκατεστημένη παθογένεια. Μελλοντικά, τα μόρια που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη, θα πρέπει να υποβληθούν σε in vitro και in vivo πειράματα με στόχο την επιβεβαίωση βιολογικής δράσης.","abstract_has_math":false,"creators":["ΚΛΑΔΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ","KLADOU EVANGELIA"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":[],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":2026,"date_issued":"2026","date_published":"2026","updated_at":"2026-07-24T01:02:13Z","subjects":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"languages":["Ελληνικά","Greek"],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5372142"],"render_values":[{"text":"uoadl:5372142","href":null,"code":true}]}]},"links":{"outbound_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5372142","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"dc:identifier"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["ΚΛΑΔΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ","KLADOU EVANGELIA"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:date","label":"Dc Date","values":["2026"]},{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["Θετικές Επιστήμες","Science"]}]},{"id":"language_rights","label":"Language and Rights","entries":[{"key":"dc:language","label":"Dc Language","values":["Ελληνικά","Greek"]}]},{"id":"identifiers","label":"Identifiers","entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5372142","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5372142"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description","label":"Description","values":["Οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες, όπως η νόσος Alzheimer η οποία προσβάλλει πάνω από 55 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως και η κληρονομική νόσος Huntington, αποτελούν πρόκληση για τη δημόσια υγεία, ιδιαίτερα καθώς το προσδόκιμο ζωής αυξάνεται. Για τη νόσο Huntington, οι εγκεκριμένες θεραπείες στοχεύουν αποκλειστικά στη συμπτωματική ανακούφιση. Για τη νόσο Alzheimer, πέρα από τη συμπτωματική αγωγή, έχουν εγκριθεί τα μονοκλωνικά αντισώματα έναντι β-αμυλοειδούς Donanemab και Lecanemab. Ωστόσο, τα φάρμακα αυτά σχετίζονται με σοβαρές ανεπιθύμητες ενέργειες γνωστές ως Αmyloid Related Imaging Abnormalities-ARIΑ, οι οποίες περιλαμβάνουν οίδημα και πιθανή αιμορραγία στον εγκέφαλο. Καθοριστικό ρόλο στη μοριακή βάση αυτών των ασθενειών διαδραματίζουν οι πρωτεΐνες Tau και Huntingtin, οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών (Intrinsically Disordered Proteins- IDPs). Η δομική τους ετερογένεια καθιστά εξαιρετικά δύσκολη τη φαρμακευτική τους στόχευση. Με τη γήρανση, οι πρωτεΐνες αυτές τείνουν να υφίστανται προβληματική αναδίπλωση, οδηγώντας στη δημιουργία εν γένει τοξικών εναποθέσεων, που σχετίζονται με παθολογικές εκδηλώσεις και νευροεκφύλιση. Η κινητική της εναπόθεσης και για τις δυο πρωτεΐνες ακολουθεί δυο διακριτά μονοπάτια: το κλασικό μονοπάτι εναπόθεσης (deposition pathway) νουκλεοκαθοδηγούμενης ανάπτυξης και το μονοπάτι συμπύκνωσης (condensation pathway), όπου τα μονομερή συγκεντρώνονται πρώτα σε υγροσταγονίδια μέσω διαχωρισμού φάσεων υγρού-υγρού (LLPS), πριν μεταβούν σε συμπαγείς δομές και τελικά αμυλοειδείς εναποθέσεις. Συνεπώς, η ανεύρεση μικρών, διαπερατών από τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, μορίων με φαρμακολογικές ιδιότητες που δρουν είτε ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο του μονομερούς πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων είτε ως αναστολείς περαιτέρω συσσωμάτωσης, συνιστά στρατηγική μεγάλης σημασίας για την ανάπτυξη καινοτόμων θεραπειών. Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η υπολογιστική ανίχνευση μικρών μορίων-προσδετών με δράση σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές/αναστολείς κινητικής αμυλοειδούς εναπόθεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς των παθολογικών παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων. Για την πρωτεΐνη Tau, στόχος ήταν η υπολογιστική εύρεση μικρών μορίων-προσδετών με δυο μηχανισμούς δράσης: σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο της μονομερούς μορφής πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων και σε ώριμο στάδιο ως αναστολείς κινητικής συσσωμάτωσης ινιδίων είτε μέσω πρόσδεσης σε υπάρχοντα ινίδια της Tau είτε μέσω διάσπασης υπαρχόντων ινιδίων. Αυτή η διπλή στρατηγική αποσκοπεί τόσο στην προληπτική όσο και στη θεραπευτική προσέγγιση ακόμη και σε άτομα με εγκατεστημένη παθογένεια, αναστέλλοντας επιπλέον το μηχανισμό νευροεκφύλισης. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων, ως αρχικό βήμα προσδιορίστηκε τo δομικό σύνολο με προσομοιώσεις μεταδυναμικής συζευγμένης με AlphaFold-Metainference. Για την πρωτεΐνη Tau, αξιοποιήθηκε το δομικό σύνολο της ισομορφής 2N_4R προσδιορισμένο, από τους Brotzakis et. al [1], δεδομένης της ευρείας χρήσης της συγκεκριμένης ισομορφής ως πρότυπο σε πειραματικές μελέτες. Για τον καθορισμό των δομικών συνόλων των παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin (μια φυσιολογική και δυο παθολογικές παραλλαγές), εφαρμόστηκε το συζευγμένο αυτό πρωτόκολλο για πρώτη φορά. Έπειτα, ανιχνεύθηκαν συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης στα προσδιοριζόμενα δομικά σύνολα με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου pyKVFinder, με συγκεκριμένα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά υδροφοβικότητας (hydropathy), όγκου κοιλότητας (volume) και εμβαδόν επιφάνειας κοιλότητας (area). Το δομικό σύνολο στοχεύθηκε στις συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης με 10.000 τυχαία μόρια από τη βάση δεδομένων MolPort, με υπολογιστικές προσομοιώσεις μοριακής πρόσδεσης. Για την πρωτεΐνη Huntingtin ανιχνεύτηκαν υπολογιστικά, εκλεκτικά μόρια προσδέτες (ενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές και ανενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τη φυσιολογική παραλλαγή) και μη εκλεκτικά μόρια (ισχυροί προσδέτες με 100% πρόσδεση επί των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές). Για την πρωτεΐνη Tau ανιχνεύτηκαν υποψήφια μόρια, τα οποία δρουν ως πολύ ισχυροί προσδέτες στο 100% των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς και στη Cryo-EM δομή του ινιδίου PHF της tau (PDB ID:5O3L). Τα μόρια που προέκυψαν, φιλτραρίστηκαν με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου DeePred-BBB ώστε να επιλεχθούν τελικά μόνο εκείνα που διαπερνούσαν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό δεδομένης της νευροεκφυλιστικής φύσης των ασθενειών. Τα ευρήματα αυτά αναδεικνύουν τη δυνατότητα στοχευμένης υπολογιστικής ανακάλυψης φαρμακολογικά δραστικών μικρών μορίων έναντι εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών, μιας στρατηγικής που μέχρι πρόσφατα θεωρείτο εξαιρετικά δύσκολη εξαιτίας της δομικής ετερογένειας τους. Η ταυτοποίηση εκλεκτικών και μη εκλεκτικών μορίων για την πρωτεΐνη Huntingtin και η ανίχνευση υποψήφιων μορίων για την πρωτεΐνη Tau με διπλό μηχανισμό δράσης, καθίστανται πολλά υποσχόμενες ως νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις, που δύνανται να λειτουργήσουν τόσο σε προληπτικό όσο και σε θεραπευτικό επίπεδο με εγκατεστημένη παθογένεια. Μελλοντικά, τα μόρια που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη, θα πρέπει να υποβληθούν σε in vitro και in vivo πειράματα με στόχο την επιβεβαίωση βιολογικής δράσης.","Neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease, which affects more than 50 million people worldwide, and hereditary Huntington’s disease, pose a challenge for public health, particularly as life expectancy increases. For Huntington’s disease, approved therapies target exclusively symptomatic relief. In Alzheimer’s disease, beyond symptomatic treatment, monoclonal antibodies against β-amyloid, Donanemab and Lecanemab, have been approved. However, these drugs are associated with serious adverse effects, known as Amyloid Related Imaging Abnormalities (ARIA), which include swelling and potential bleeding in the brain. A crucial role in the molecular basis of these pathologies is played by the proteins Tau and Huntingtin, both belonging to the class of Intrinsically Disordered Proteins (IDPs). Their structural heterogeneity makes pharmacological targeting extremely difficult. With aging, these proteins tend to undergo misfolding, leading to the formation of generally toxic aggregates, which are associated with pathological manifestations and neurodegeneration. The deposition kinetics of both proteins follow two distinct pathways: the classical deposition pathway of nucleation-driven growth, and the condensation pathway, in which monomers first concentrate into liquid droplets via LLPS, before transitioning into more compact structures and ultimately forming amyloid deposits. Therefore, the identification of small, blood-brain barrier-permeable molecules with pharmacological properties, that act either as stabilizers of the monomeric conformational ensemble before the formation of liquid droplets or as inhibitors of further aggregation constitutes a strategy of great importance for the development of innovative therapies. The aim of the present study was the computational detection of small molecules-ligands acting at an early stage as stabilizers/inhibitors of aggregation kinetics in the monomeric conformational ensemble of the pathological variants of Huntingtin before the formation of liquid droplets. For Tau protein, the aim was the computational identification of small molecule-ligands with two mechanisms of action: at an early stage, as stabilizers of the monomeric conformational ensemble before the formation of liquid droplets and at a late stage, as inhibitors of fibril formation kinetics either through binding to pre-existing Tau fibrils or by disaggregating existing fibrils. This dual strategy aims at both preventive and therapeutic approaches, even in individuals with established pathology, further inhibiting the mechanism of neurodegeneration. To achieve these objectives, as a first step the conformational ensemble was determined through metadynamics simulations combined with AlphaFold2-Metainference. For Tau protein, the conformational ensemble of the 2N_4R isoform was employed, as determined by by Brotzakis et al. [1], given the widespread use of this isoform as a model in experimental studies. For the determination of the conformational ensembles of Huntingtin protein variants (one physiological and two pathological variants), this coupled protocol was applied for the first time. Subsequently, specific binding sites were detected on the determined ensembles using the computational tool pyKVFinder, with particular physicochemical characteristics of hydropathy, volume, and surface area. The conformational ensemble was targeted at these binding sites with 10.000 random molecules from the MolPort database using computational molecular docking simulations. For Huntingtin protein, selective ligands were computationally identified (activity ≥50% on the total binding sites of the pathological variants and inactivity ≥50% on the total binding sites of the physiological variant), as well as non-selective molecules (strong ligands with 100% binding to all available binding sites of the pathological variants). For Tau protein, candidate molecules were identified that act as very strong ligands at 100% of the available binding sites of the monomeric ensemble and the cryo-EM structure of the PHF tau fibril (PDB ID: 5O3L). The resulting molecules were filtered using the computational tool DeePred-BBB so that only those capable of crossing the blood–brain barrier were finally selected, given the neurodegenerative nature of the diseases. These findings highlight the potential of targeted computational discovery of pharmacologically active small molecules against intrinsically disordered proteins—a strategy that until recently was considered extremely challenging due to their structural heterogeneity. The identification of selective and non-selective molecules for Huntingtin protein and the detection of candidate molecules for Tau protein with a dual mechanism of action are highly promising as novel therapeutic approaches, which may operate both preventively and therapeutically in established pathology. In the future, the molecules derived from this study must undergo in vitro and in vivo experiments in order to confirm biological activity."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Υπολογιστική ανίχνευση αναστολέων της προβληματικής αναδίπλωσης και συσσωμάτωσης των πρωτεϊνών Tau και Huntingtin που εμπλέκονται στις νευροεκφυλιστικές νόσους Alzheimer και Huntington."]}]}],"canonical_facts":{"dc:creator":["ΚΛΑΔΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ","KLADOU EVANGELIA"],"dc:date":["2026"],"dc:description":["Οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες, όπως η νόσος Alzheimer η οποία προσβάλλει πάνω από 55 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως και η κληρονομική νόσος Huntington, αποτελούν πρόκληση για τη δημόσια υγεία, ιδιαίτερα καθώς το προσδόκιμο ζωής αυξάνεται. Για τη νόσο Huntington, οι εγκεκριμένες θεραπείες στοχεύουν αποκλειστικά στη συμπτωματική ανακούφιση. Για τη νόσο Alzheimer, πέρα από τη συμπτωματική αγωγή, έχουν εγκριθεί τα μονοκλωνικά αντισώματα έναντι β-αμυλοειδούς Donanemab και Lecanemab. Ωστόσο, τα φάρμακα αυτά σχετίζονται με σοβαρές ανεπιθύμητες ενέργειες γνωστές ως Αmyloid Related Imaging Abnormalities-ARIΑ, οι οποίες περιλαμβάνουν οίδημα και πιθανή αιμορραγία στον εγκέφαλο. Καθοριστικό ρόλο στη μοριακή βάση αυτών των ασθενειών διαδραματίζουν οι πρωτεΐνες Tau και Huntingtin, οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών (Intrinsically Disordered Proteins- IDPs). Η δομική τους ετερογένεια καθιστά εξαιρετικά δύσκολη τη φαρμακευτική τους στόχευση. Με τη γήρανση, οι πρωτεΐνες αυτές τείνουν να υφίστανται προβληματική αναδίπλωση, οδηγώντας στη δημιουργία εν γένει τοξικών εναποθέσεων, που σχετίζονται με παθολογικές εκδηλώσεις και νευροεκφύλιση. Η κινητική της εναπόθεσης και για τις δυο πρωτεΐνες ακολουθεί δυο διακριτά μονοπάτια: το κλασικό μονοπάτι εναπόθεσης (deposition pathway) νουκλεοκαθοδηγούμενης ανάπτυξης και το μονοπάτι συμπύκνωσης (condensation pathway), όπου τα μονομερή συγκεντρώνονται πρώτα σε υγροσταγονίδια μέσω διαχωρισμού φάσεων υγρού-υγρού (LLPS), πριν μεταβούν σε συμπαγείς δομές και τελικά αμυλοειδείς εναποθέσεις. Συνεπώς, η ανεύρεση μικρών, διαπερατών από τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, μορίων με φαρμακολογικές ιδιότητες που δρουν είτε ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο του μονομερούς πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων είτε ως αναστολείς περαιτέρω συσσωμάτωσης, συνιστά στρατηγική μεγάλης σημασίας για την ανάπτυξη καινοτόμων θεραπειών. Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η υπολογιστική ανίχνευση μικρών μορίων-προσδετών με δράση σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές/αναστολείς κινητικής αμυλοειδούς εναπόθεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς των παθολογικών παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων. Για την πρωτεΐνη Tau, στόχος ήταν η υπολογιστική εύρεση μικρών μορίων-προσδετών με δυο μηχανισμούς δράσης: σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο της μονομερούς μορφής πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων και σε ώριμο στάδιο ως αναστολείς κινητικής συσσωμάτωσης ινιδίων είτε μέσω πρόσδεσης σε υπάρχοντα ινίδια της Tau είτε μέσω διάσπασης υπαρχόντων ινιδίων. Αυτή η διπλή στρατηγική αποσκοπεί τόσο στην προληπτική όσο και στη θεραπευτική προσέγγιση ακόμη και σε άτομα με εγκατεστημένη παθογένεια, αναστέλλοντας επιπλέον το μηχανισμό νευροεκφύλισης. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων, ως αρχικό βήμα προσδιορίστηκε τo δομικό σύνολο με προσομοιώσεις μεταδυναμικής συζευγμένης με AlphaFold-Metainference. Για την πρωτεΐνη Tau, αξιοποιήθηκε το δομικό σύνολο της ισομορφής 2N_4R προσδιορισμένο, από τους Brotzakis et. al [1], δεδομένης της ευρείας χρήσης της συγκεκριμένης ισομορφής ως πρότυπο σε πειραματικές μελέτες. Για τον καθορισμό των δομικών συνόλων των παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin (μια φυσιολογική και δυο παθολογικές παραλλαγές), εφαρμόστηκε το συζευγμένο αυτό πρωτόκολλο για πρώτη φορά. Έπειτα, ανιχνεύθηκαν συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης στα προσδιοριζόμενα δομικά σύνολα με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου pyKVFinder, με συγκεκριμένα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά υδροφοβικότητας (hydropathy), όγκου κοιλότητας (volume) και εμβαδόν επιφάνειας κοιλότητας (area). Το δομικό σύνολο στοχεύθηκε στις συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης με 10.000 τυχαία μόρια από τη βάση δεδομένων MolPort, με υπολογιστικές προσομοιώσεις μοριακής πρόσδεσης. Για την πρωτεΐνη Huntingtin ανιχνεύτηκαν υπολογιστικά, εκλεκτικά μόρια προσδέτες (ενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές και ανενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τη φυσιολογική παραλλαγή) και μη εκλεκτικά μόρια (ισχυροί προσδέτες με 100% πρόσδεση επί των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές). Για την πρωτεΐνη Tau ανιχνεύτηκαν υποψήφια μόρια, τα οποία δρουν ως πολύ ισχυροί προσδέτες στο 100% των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς και στη Cryo-EM δομή του ινιδίου PHF της tau (PDB ID:5O3L). Τα μόρια που προέκυψαν, φιλτραρίστηκαν με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου DeePred-BBB ώστε να επιλεχθούν τελικά μόνο εκείνα που διαπερνούσαν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό δεδομένης της νευροεκφυλιστικής φύσης των ασθενειών. Τα ευρήματα αυτά αναδεικνύουν τη δυνατότητα στοχευμένης υπολογιστικής ανακάλυψης φαρμακολογικά δραστικών μικρών μορίων έναντι εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών, μιας στρατηγικής που μέχρι πρόσφατα θεωρείτο εξαιρετικά δύσκολη εξαιτίας της δομικής ετερογένειας τους. Η ταυτοποίηση εκλεκτικών και μη εκλεκτικών μορίων για την πρωτεΐνη Huntingtin και η ανίχνευση υποψήφιων μορίων για την πρωτεΐνη Tau με διπλό μηχανισμό δράσης, καθίστανται πολλά υποσχόμενες ως νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις, που δύνανται να λειτουργήσουν τόσο σε προληπτικό όσο και σε θεραπευτικό επίπεδο με εγκατεστημένη παθογένεια. Μελλοντικά, τα μόρια που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη, θα πρέπει να υποβληθούν σε in vitro και in vivo πειράματα με στόχο την επιβεβαίωση βιολογικής δράσης.","Neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease, which affects more than 50 million people worldwide, and hereditary Huntington’s disease, pose a challenge for public health, particularly as life expectancy increases. For Huntington’s disease, approved therapies target exclusively symptomatic relief. In Alzheimer’s disease, beyond symptomatic treatment, monoclonal antibodies against β-amyloid, Donanemab and Lecanemab, have been approved. However, these drugs are associated with serious adverse effects, known as Amyloid Related Imaging Abnormalities (ARIA), which include swelling and potential bleeding in the brain. A crucial role in the molecular basis of these pathologies is played by the proteins Tau and Huntingtin, both belonging to the class of Intrinsically Disordered Proteins (IDPs). Their structural heterogeneity makes pharmacological targeting extremely difficult. With aging, these proteins tend to undergo misfolding, leading to the formation of generally toxic aggregates, which are associated with pathological manifestations and neurodegeneration. The deposition kinetics of both proteins follow two distinct pathways: the classical deposition pathway of nucleation-driven growth, and the condensation pathway, in which monomers first concentrate into liquid droplets via LLPS, before transitioning into more compact structures and ultimately forming amyloid deposits. Therefore, the identification of small, blood-brain barrier-permeable molecules with pharmacological properties, that act either as stabilizers of the monomeric conformational ensemble before the formation of liquid droplets or as inhibitors of further aggregation constitutes a strategy of great importance for the development of innovative therapies. The aim of the present study was the computational detection of small molecules-ligands acting at an early stage as stabilizers/inhibitors of aggregation kinetics in the monomeric conformational ensemble of the pathological variants of Huntingtin before the formation of liquid droplets. For Tau protein, the aim was the computational identification of small molecule-ligands with two mechanisms of action: at an early stage, as stabilizers of the monomeric conformational ensemble before the formation of liquid droplets and at a late stage, as inhibitors of fibril formation kinetics either through binding to pre-existing Tau fibrils or by disaggregating existing fibrils. This dual strategy aims at both preventive and therapeutic approaches, even in individuals with established pathology, further inhibiting the mechanism of neurodegeneration. To achieve these objectives, as a first step the conformational ensemble was determined through metadynamics simulations combined with AlphaFold2-Metainference. For Tau protein, the conformational ensemble of the 2N_4R isoform was employed, as determined by by Brotzakis et al. [1], given the widespread use of this isoform as a model in experimental studies. For the determination of the conformational ensembles of Huntingtin protein variants (one physiological and two pathological variants), this coupled protocol was applied for the first time. Subsequently, specific binding sites were detected on the determined ensembles using the computational tool pyKVFinder, with particular physicochemical characteristics of hydropathy, volume, and surface area. The conformational ensemble was targeted at these binding sites with 10.000 random molecules from the MolPort database using computational molecular docking simulations. For Huntingtin protein, selective ligands were computationally identified (activity ≥50% on the total binding sites of the pathological variants and inactivity ≥50% on the total binding sites of the physiological variant), as well as non-selective molecules (strong ligands with 100% binding to all available binding sites of the pathological variants). For Tau protein, candidate molecules were identified that act as very strong ligands at 100% of the available binding sites of the monomeric ensemble and the cryo-EM structure of the PHF tau fibril (PDB ID: 5O3L). The resulting molecules were filtered using the computational tool DeePred-BBB so that only those capable of crossing the blood–brain barrier were finally selected, given the neurodegenerative nature of the diseases. These findings highlight the potential of targeted computational discovery of pharmacologically active small molecules against intrinsically disordered proteins—a strategy that until recently was considered extremely challenging due to their structural heterogeneity. The identification of selective and non-selective molecules for Huntingtin protein and the detection of candidate molecules for Tau protein with a dual mechanism of action are highly promising as novel therapeutic approaches, which may operate both preventively and therapeutically in established pathology. In the future, the molecules derived from this study must undergo in vitro and in vivo experiments in order to confirm biological activity."],"dc:identifier":["uoadl:5372142","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5372142"],"dc:language":["Ελληνικά","Greek"],"dc:subject":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"dc:title":["Υπολογιστική ανίχνευση αναστολέων της προβληματικής αναδίπλωσης και συσσωμάτωσης των πρωτεϊνών Tau και Huntingtin που εμπλέκονται στις νευροεκφυλιστικές νόσους Alzheimer και Huntington."],"dc:type":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]},"updated_at":"2026-07-24T01:02:13Z"}