научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ ГЕМОКИНИНА-1 ЧЕЛОВЕКА И ГЕМОКИНИНА-1 МЫШИ/КРЫСЫ Биология

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ ГЕМОКИНИНА-1 ЧЕЛОВЕКА И ГЕМОКИНИНА-1 МЫШИ/КРЫСЫ»

БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 3, с. 457-470

МОЛЕКУЛЯР НАЯ БИОФИЗИКА

УДК 547.962:541.63

ОСОБЕННОСТИ ПР О СТРАНСТВЕННОЙ О РГАНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ ГЕМОКИНИНА-1 ЧЕЛОВЕКА И ГЕМОКИНИНА-1 МЫШИ/КР ЫСЫ

© 2015 г. Г.А. Агаева*, У.Т. Агаева*, Н.М. Годжаев* **

*Институт физических проблем Бакинского государственного университета, AZ-1148, Баку, ул. З. Xалилова, 23, Азербайджан; E-mail: gulshen@mail.ru

**Университет «Кавказ», AZ-0101, Баку, пос. Xырдалан, 16-й км Сумгаитского шоссе, Азербайджан

E-mail: щвсауеу@ци.ейи.аг Поступила в p едакцию 08.08.14 г. После доработки 02.12.14 г.

Методом молекулярной механики были исследованы конформационные свойства двух молекул тахикининового семейства, гемокинина-1 человека и гемокинина-1 мыши/крысы, состоящих из 11 аминокислотных остатков каждый. На основе поэтапного подхода были определены энергетически предпочтительные пространственные структуры молекул гемокининов и их отдельных фрагментов, которые были представлены в виде набора конформаций, характеризующихся относительно лабильным N-концевым трипептидом и конформационно жестким C-концевым сегментом. Было показано, что конформационно консервативный C-концевой октапептид молекул предпочтительно формируют две конформации с различными структурными типами пептидной цепи, одна из которых представляет собой альфа-спиральную структуру, а другая формирует один изгиб цепи, переходящий в виток альфа-спирали на C-конце. В результате расчетов были определены энергетически предпочтительные области величин двугранных углов и взаимное расположение остатков в низкоэнергетических конформационных состояниях молекул. Конформационный анализ отдельных фрагментов позволил проследить процесс формирования вторичной структуры в молекулах. На основе полученных результатов были определены энергетические вклады межостаточных взаимодействий и определена структурообразующая роль каждого остатка в формировании оптимальных пространственных структур молекул гемокининов.

Ключевые слова: нейропептид, тахикинины млекопитающих, гемокинин-1 человека, гемокинин-1 мыши/крысы, конформация, метод молекулярной мех аники.

И сследование конфор мационного поведения природных пептидов и их биологически испытанных активных фрагментов позволяет выделить стр уктурные критер ии, необходимые для их функционирования, и может способствовать созданию более эффективных аналогов в качестве потенциальных лекарственных пре-пар атов. В настоящее вр емя выявлено и исследовано множество пептидов с ярко выраженной нейротрансмиттерной активностью, участвующих в р егуляции ряда физиологических про -цессов в организме млекопитающих. Среди них определенное место занимают гемокинины, которые выделены сравнительно недавно с помощью клонированного препротахикининового гена (ТАС-4) у млекопитающих и у человека. К гемокининам относятся молекулы гемокинина-1 человека ЬЫК-1, его усеченного октапеп-тидного фрагмента ЬЫК-1(4-11) и гемокинина-1

мыши/крысы ш/г ЫК-1. Молекулы гемокинина-1 человека и гемокинина-1 мыши/крысы со -стоят из 11 аминокислотных остатков каждый. Гемокинины по своему структурному строению и физиологическим воздействиям относятся к семейству тахикининов млекопитающих [1,2]. Молекулы гемокининов называют аналогами вещества Р, другого тахикинина, обладающего большим структурным сходством и одинаковыми физиологическими воздействиями. Аминокислотная последовательность вещества Р, молекулы гемокинина-1 человека, его усеченного фрагмента ЬЫК-1(4-11) и гемокинина-1 мыши/крысы представлены в табл. 1. Тахики-нины играют важную роль в патогенезе бр он-хиальных, воспалительных и желудочно-кишечных болезней, а также приступов мигрени, депрессии, эпилепсии и переносе болевых ощущений. Установлено, что гемокинины в той

Таблица 1. Аминокислотные последовательности пептидных молекул гемокинина-1 человека ЬИК-1, его усеченного октапептидного фрагмента ЬИК-1(4-11) и гемокинина-1 мыши/крысы ш/г ИК-1

Агонисты тахикининового рецептора NK1

Название молекулы Амино кислотная по следо вательно сть

Вещество Р Ш^^-И) ш/г И^1 А^1-Рго2-Ьу83-Рго4-01п5-в 1п6-РЬе7-РЬе8-01у9-Ьеи10-Ме1 П^И2 ТЬг1 -в 1у2-Ьу83-А1а4-8ег5-в 1п6-РЬе7-РЬе8-в 1у9-Ьеи10-Ме1 П^И2 А1а4-8ег5-в 1п6-РЬе7-РЬе8-в 1у9-Ьеи10-Ме1 П^И2 А^-Зег^А^-ТЬг^А^-О^-РЬе^Туг^О^-Ьеи^Ме^^И.,

или иной мере могут взаимодействовать с тремя различными типами тахикининовых рецепто-ров - NK1, NK2 и NKз, но предпочтительно взаимодействуют с NK1-pецептором. Помимо физиологических свойств, присущих всем тахи-кининам, вещество Р и гемокинин-1 стимулируют продукцию антител, усиливают генерацию клеток памяти человека [3], участвуют в брон-хосжатии [4], проявляют также антимикробную активность против микроорганизмов кожи [5]. Эти молекулы являются селективными агони-стами NK1 тахикининового рецептора. Было показано также, что эти родственные пептиды одинаково проявляют ингибиторный эффект на пролиферацию и дифференциации раковых клеток линии ИЬ-60 при лейкемии человека, т.е. подавляют размножение и видоизменения таких клеток, аккумулируя их развитие на ранней стадии [6]. Полагается, что благодаря такой способности молекула гемокинина-1 человека и его усеченный фрагмент hHK-1(4-11) могут быть использованы как иммуномодулирующие факторы пр и химиотерапии р ака. Было показано также, что молекула гемокинина-1 человека, его усеченный фрагмент №^1(4-11) и гемокинина-1 мыши/крысы оказывают влияние на сердечную деятельность и на коронарные сосуды изолированной сер дечной мышцы морской свинки [7]. При этом было выяснено, что молекулы гемокинина-1 человека и гемокинина-1 мыши/кр ысы производят свое воздействие на сердечную мышцу посредством активации тахикининового рецептора NKl, а усеченный фрагмент №^1(4-11) оказывает аналогичное воздействие главным образом через активацию тахикининового рецептора NK2. К роме того, известно, что молекулы вещества Р и гемоки-нина мыши/крысы в той или иной мере обладают вазоактивными и анальгезирующими эффектами, по-разному модулируя болевые ощущения [8,9]. Оказалось, что ^концевые остатки молекулы играют роль в активации аденилат-циклазы посредством внутриклеточных сигнальных в-белков. Это показывает, что гемокинин-1 и его усеченные С-концевые фрагменты являютя агонистами рецепто ра NKl тахикини-на, но с измененной функциональной селектив-

ностью. Вероятно, эффективные и селективные агонисты и антагонисты рецептор ов гемокини-нов могут иметь большой терапевтический потенциал для лечения многих заболеваний. Поэтому поиск высокоактивных агонистов или антагонистов тахикининовых рецепто ров на о с-нове исследования особенностей пространственной организации гемокининов позволит создать препар аты, способные или стимулировать или блокировать конкретное физиологическое воздействие в лечении ряда заболеваний.

Цель настоящей работы заключалась в исследовании пространственной организации и определении конформационно-динамических свойств родственных нейропептидов - гемокинина-1 человека, его усеченного октапептидно-го фрагмента и гемокинина-1 мыши/крысы методом молекулярной механики, позволяющим определить все стабильные конформационные состояния биологически активных молекул и их фрагментов, сопоставление которых может дать возможность выделить структурные критерии, необходимые для их взаимодействия с рецепторами.

В данной статье приведены результаты исследования конформационных особенностей молекулы гемокинина-1 человека и гемокинина-1 мыши/крысы.

МЕТОД РАСЧЕТА

И сследование конформационных свойств молекул гемокининов проводили методом молекулярной механики с использованием стандартной геометр ии. П ри конфор мационном расчете пептидов учитывали невалентные и электростатические взаимодействия, водородные связи и торсионные потенциалы. Невалентные взаимодействия оценивали сначала по потенциалу Леннарда-Джонса с пар аметрами С котта и Шераги [10], а затем и по потенциалам, взятым из работы [11] с учетом имеющихся экспериментальных огр аничений на расстояния и двугранные углы. Как известно, при параметризации силовых полей пептидных молекул наибольшее значение придается возможности

точного расчета разности энергий конформе-ров. С этой целью были проведены расчеты стабильных конформаций молекул гемокини-нов и их фрагментов с применением двух силовых полей [10,11], результаты котор ых показали, что, за исключением нескольких небольших расхождений в энергетических вкладах отдельных конфор маций, оба силовых поля приводят к сходным результатам и не нарушают иерархию стабильности конфор меров исследуемых пептидов. Расчеты оптимальных конфор-маций целых молекул и их фр агментов проводили на основе механической модели, согласно которой величины валентных связей и валентных углов в аминокислотных остатках молекул брались неизменными. Электростатическую энергию рассчитывали в монопольном пр ибли-жении по закону Кулона с использованием зарядов, предложенных в работе [12]. Параметризация потенциальных функций была аппроксимирована к условиям полярной ср еды: величина диэлектрической проницаемости бралась равной 10 [13], а водородные связи, оцениваемые по потенциалу Морзе [14], предполагались ослабленными (максимальная энер гия при = 1,8 А составляла -1,1 ккал/моль). Торсионные потенциалы и величины барьеров взяты такими же, как в работе [14]. П ри обсуждении результатов расчета были использованы понятия «фор ма» и «шейп» пептидной цепи [15,16]. Под формой основной цепи молекулы подразумевается последовательность форм остатков, определяемых низкоэнергетическими областями Я (Ф = -180° - 0°, у = -180° - 0°), В (ф = -180° -0°, у = 0° - 180°), Ь (ф = 0° - 180°, у = 0° -180°) и Р (ф = 0° - 180°, у = -180° - 0°) на конформационной карте по двугранным углам основной цепи ф-у. Разнообразные формы, в свою очередь, распределены по шейпам пептидного остова, определяющим направленность хода основной цепи. В случае фрагмента из двух аминокислотных остатков все формы о с-новной цепи могут быть сгруппир ованы в два класса - шейпы е и /. Символом е обозначаются формы с развернутой основной цепью (ВВ, ВИ, ИЬ, РИ, ЬИ, РЬ, ЬВ и РР), а / - со свернутой (ИИ, ИВ, ВЬ, ВР, РВ, ЬЬ, ЬР и

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком