Probing light chain mutation effects on thrombin via molecular dynamics simulations and machine learning
Research article published in Journal of biomolecular structure & dynamics (2018)
Resumen
Thrombin is a key component for chemotherapeutic and antithrombotic therapy development. As the physiologic and pathologic roles of the light chain still remain vague, here, we continue previous efforts to understand the impacts of the disease-associated single deletion of LYS9 in the light chain. By combining supervised and unsupervised machine learning methodologies and more traditional structural analyses on data from 10 μs molecular dynamics simulations, we show that the conformational ensemble of the ΔK9 mutant is significantly perturbed. Our analyses consistently indicate that LYS9 deletion destabilizes both the catalytic cleft and regulatory functional regions and result in some conformational changes that occur in tens to hundreds of nanosecond scaled motions. We also reveal that the two forms of thrombin each prefer a distinct binding mode of a Na+ ion. We expand our understanding of previous experimental observations and shed light on the mechanisms of the LYS9 deletion associated bleeding disorder by providing consistent but more quantitative and detailed structural analyses than early studies in literature. With a novel application of supervised learning, i.e. the decision tree learning on the hydrogen bonding features in the wild-type and ΔK9 mutant forms of thrombin, we predict that seven pairs of critical hydrogen bonding interactions are significant for establishing distinct behaviors of wild-type thrombin and its ΔK9 mutant form. Our calculations indicate the LYS9 in the light chain has both localized and long-range allosteric effects on thrombin, supporting the opinion that light chain has an important role as an allosteric effector.
Resumen tomado de PubMed (NCBI) para el registro citado, en el idioma original. La versión de referencia es la de la publicación original.
El resumen se deja sin traducir para conservar la redacción original de los autores.
Síntesis
Molecular dynamics simulations plus machine learning show that deleting LYS9 from thrombin's light chain destabilizes the catalytic cleft and regulatory regions, alters Na+ binding, and affects seven key hydrogen-bond pairs, illuminating the mechanism of an associated bleeding disorder.
Contexto
Este estudio computacional utilizó simulaciones de dinámica molecular y aprendizaje automático para examinar cómo una deleción asociada a enfermedad (ΔK9) en la cadena ligera de la trombina altera el conjunto conformacional de la proteína, desestabilizando tanto la hendidura catalítica como las regiones funcionales reguladoras. Los hallazgos describen perturbaciones estructurales cuantitativas e identifican siete interacciones críticas de enlace de hidrógeno que distinguen el comportamiento de la trombina wild-type y mutante, dilucidando los mecanismos de un trastorno hemorrágico asociado. El resumen no menciona sanguijuelas, hirudoterapia, hirudina ni ningún compuesto derivado de sanguijuelas, y el estudio es puramente computacional sin pruebas biológicas.
Citación
Referencia (estilo Vancouver)
Xiao J, Melvin RL, Salsbury FR Jr. Probing light chain mutation effects on thrombin via molecular dynamics simulations and machine learning. J Biomol Struct Dyn. 2019;37(4):982-999. doi:10.1080/07391102.2018.1445032. PMID: 29471734
Los datos bibliográficos (autores, volumen, páginas, DOI) proceden del registro de PubMed.
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