Изучение влияния мутации лёгкой цепи на тромбин методами молекулярно-динамического моделирования и машинного обучения

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.

Аннотация взята из PubMed (NCBI) для цитируемой записи и приводится на языке оригинала. Авторитетной является версия в исходной публикации.

Аннотация оставлена без перевода, чтобы сохранить собственные формулировки авторов.

Компьютерное исследование посвящено влиянию ассоциированной с заболеванием делеции LYS9 в лёгкой цепи тромбина. На данных 10-микросекундного молекулярно-динамического моделирования с применением машинного обучения с учителем и без учителя показано значительное возмущение конформационного ансамбля мутанта ΔK9: делеция дестабилизирует каталитическую щель и регуляторные участки, а конформационные изменения развиваются в масштабе десятков–сотен наносекунд. По признакам водородных связей предсказаны семь критических пар взаимодействий. Авторы заключают, что LYS9 оказывает локальные и дальнодействующие аллостерические эффекты, а лёгкая цепь тромбина выполняет роль аллостерического эффектора.

Узнайте, как это исследование связано с клинической практикой

Другие рецензируемые исследования в разделе «Разработка лекарственных препаратов».

• Гирудотерапия в медицине и стоматологии — Jha K et al. (2015)
• Лечение пиявками: история — Hyson J (2005)
• Гирудины азиатской медицинской пиявки Hirudinaria manillensis: те же, но другие — Lukas P et al. (2019)
• Транскриптомный анализ слюнной железы медицинской пиявки Hirudo nipponia — Lu Z et al. (2018)
• Молекулярно-динамические и фармакологические исследования вариантов гирудина Hirudinaria manillensis и Hirudo medicinalis, созданных методами белковой инженерии — Sun Y et al. (2022)
• Бесклеточный синтез варианта 1 гирудина кровососущей пиявки Hirudo medicinalis — Wüstenhagen D et al. (2020)
• Получение вариантов гирудина с помощью генно-инженерной микробной фабрики — Zhang J, Lan N (2018)
• Гирудин при гепарин-индуцированной тромбоцитопении — Lubenow N, Greinacher A (2002)
• Гирудин ослабляет диабетическую нефропатию путём ингибирования Gsdmd-опосредованного пироптоза — Han J et al. (2023)
• Гирудин как альтернативный антикоагулянт: исторический обзор — Markwardt F (2002)

Все исследования, проанализированные ASH →