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DDevelopment of in silico models for identification of new ligands acting as pharmacochaperones for P-glycoprotein

Katharina Prokes

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Gerhard Ecker

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DOI

10.25365/thesis.23396

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30277.52879.971666-8

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

P-Glykoprotein, eine ATP-abhängige Effluxpumpe aus der MDR/TAP-Unterfamilie, ist durch eine breite Substratspezifität charakterisiert. Überexpression von P-Glykoprotein ist ein wesentlicher Grund für Resistenzen und damit unter anderem verantwortlich für das Scheitern von Antibioti-ka und Tumortherapien. Daher sind Inhibitoren dieses Transporters vielversprechende Kandida-ten zur Überwindung dieser Resistenzentwicklung. Defekte Faltung in P-gp verhindert die Rei-fung des Proteins. Das pharmakologische Chaperon GPV062 kann durch Dimerisierung der zwei Nukleotid-Bindungsdomänen, beziehungsweise durch korrekte Faltung der Transmemb-randomänen die Reifung des Proteins bewirken. Das Ziel unserer Studien war es in silico Modelle zu entwickeln, die für die Identifizierung von neuen Inhibitoren sowie von Pharmacochaperone für P-Glycoprotein verwendet werden kön-nen. Sowohl Struktur-basierte als auch Liganden-basierte computergestützte Ansätze wurden verwendet um Screening-Modelle zu entwickeln. Mithilfe des Programmpaketes LigandScout von Inte:Ligand GmbH wurde ein Struktur-basiertes Pharmakophor-Modell konstruiert, wobei als Ausgansstruktur eine validierte Dockingpose von GPV062 in einem Homologiemodell von menschlichen P-Glycoprotein diente. Außerdem wurden Ähnlichkeitscreens anhand Shannon-Entropie durchgeführt, indem ein in MOE eingebettetes Skript angewendet wurde. Um das Verfahren zu validieren, wurde das Pharmakophor-Modell anhand einer Datenbank, beste-hend aus 1954 Verbindungen, die laut Literatur als aktiv und inaktiv deklariert waren, getestet. Eine Präzision von 0,82 sowie eine Spezifität von 0,98 demonstrierten die Zuverlässigkeit des Modells. Der nächste Schritt war das Screening der LifeChemicals Datenbank mit mehr als 300.000 Ver-bindungen gegen das Pharmakophormodell, was zur Identifizierung von 364 Treffern führte. Parallel wurden 410 zusätzliche Hits, die eine Ähnlichkeit von mehr als 82 % gegenüber GPV062 aufweisen, mittels Pharmakophorscreening auf 18 Verbindungen reduziert, wobei mindestens 6 der 8 Merkmale des Modells gefunden werden mussten. Anschließend wurden 11 Verbindun-gen auf ihre biologische Aktivität getestet. Es zeigten 4 Verbindungen Aktivitäten im einstelli-gen und 6 im zweistelligen μM Bereich. Nur eine Verbindung wurde als inaktiv deklariert, da der IC50-Wert über 100 μM betrug. Anschließend wurden die 11 experimentell getesteten Verbin-dungen mit Hilfe des auf genetischen Algorithmus basierten Programms GOLD erneut in das Homologiemodell von P-gp gedockt. Das Ergebnis wurde bezugnehmend auf die molekulare Größe neu bewertet und anschließend statistisch und visuell analysiert. Die Ergebnisse des Do-cking-Experiments stimmen mit den Ergebnissen der biologischen Tests überein.

Abstract

(Englisch)

P-glycoprotein is an ATP depended drug efflux pump belonging to the MDR/TAP subfamily characterized by broad substrate specificity. Overexpression of p-glycoprotein is a major rea-son for multidrug resistance (MDR) and thus responsible for the failure of antibiotic and cancer therapies. Therefore, inhibitors of p-glycoprotein are promising candidates for overcoming the problem of MDR. Defective folding in P-gp prevents maturation of the protein. The pharmaco-logical chaperone GPV062 may repair the folding defects either by promoting dimerization of the two nucleotide binding (NB) domains or by promoting correct folding of the transmem-brane (TM) domains. The aim of our studies was to develop in silico models, which can be used for the identification of new inhibitors as well as pharmacochaperones for P-glycoprotein. Two different computa-tional approaches were used in order to build up screening models. Pharmacophore screen-ing as well as similarity screening were performed. The LigandScout program package of Inte:Ligand GmbH was used for the construction of a structure-based pharmacophore model, taking a complex of GPV062 bound to P-glycoprotein as a starting point, whereas the similarity screens were performed according to SHED similarity, using a script embedded in the MOE molecular modeling program package. In order to validate the method, the pharmacophore model was tested against a database consisting of 1.954 compounds classified as active and inactive according to the literature. The Precision as well as the Specificity values of 0,82 and 0,98, respectively, demonstrated the reliability of the model. Next step was the screening of the LifeChemicals Database containing more than 300.000 compounds against the pharmacophore model, resulting in the identification of 364 hits. In parallel a SHED similarity screen at a threshold of 82% was performed. This led to the acquisition of 410 additional hits that were further reduced by comparing their pharmacophoric fits, thus identifying 18 compounds matching at least 6 of 8 features of the pharmacophore. Subse-quently 11 compounds were ordered to test the biological activity according the inhibitor and the pharmacological chaperone activity. Among those, four compounds show IC50 values in the single digit and six in the double digit µMolar range. Only one compound was declared as inactive, showing an IC50 value of more than 100 µMolar. Finally the 11 experimentally tested hits were docked into the binding site of GPV062 in the homology model of P-gp using the ge-netic-algorithm based program GOLD. The outcome of the docking process was rescored with reference to the molecular size of the individual hits and subsequently statistically and visually analyzed. The results of the docking experiment are in accordance with the results of the bio-logical testing.

Autor*innen

Katharina Prokes

Haupttitel (Englisch)

DDevelopment of in silico models for identification of new ligands acting as pharmacochaperones for P-glycoprotein

Paralleltitel (Deutsch)

Entwicklung von in Silico Modellen für die Identifizierung neuer Liganden die als Pharmakologische Chaperone für P-Glykoprotein fungieren

Publikationsjahr

2012

Umfangsangabe

88 S. : Ill., graf. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Gerhard Ecker

Klassifikationen

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines ,

35 Chemie > 35.70 Biochemie: Allgemeines

AC Nummer

AC10495671

Utheses ID

20928

Studienkennzahl

UA | 449 | | |

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Schlagwörter