طراحي يك پپتيد چهار اسيدآمينه اي نوين براي مهار دومين BIR3 پروتئين XIAP به وسيله شبيه¬سازي ديناميك مولكولي

Designing a new tetrapeptide to inhibit the BIR3 domain of the XIAP protein via molecular dynamics simulations

پروتئين XIAP يكي از اعضاي پروتئين هاي مهاركننده آپوپتوز يا مرگ برنامه ريزي شده ياخته (خانواده IAP) است. پروتئين XIAP نقش باارزشي در مهار آپوپتوز بازي مي كند و دربرگيرنده سه دومين BIR (Baculoviral IAP Repeat) است. دومين سوم اين پروتئين يعني BIR3 به طور مستقيم به پايانه N پروتئين كاسپاز 9 متصل مي شود و آپوپتوز را مهار مي كند. نشان داده شده است كه چهار اسيدآمينه پايانه N پروتئين SMAC يعني AVPI مي توانند به BIR3 متصل شوند و آن را مهار كنند و بنابراين، آپوپتوز را به راه اندازند. در اين پژوهش 15 پپتيد به دومين BIR3 داك شده اند و سپس 10 نانوثانيه شبيه سازي ديناميك مولكولي روي هر كمپلكس به دست آمده از داكينگ انجام شد. سپس از روش مكانيك مولكولي پوازي بولتزمن سطح در دسترس حلال (MM/PBSA) براي برآورد انرژي اتصال آزاد پپتيدها به دومين BIR3 استفاده شد. نتايج روش MM/PBSA هماهنگي نسبي با روش داكينگ وهماهنگي خوبي با نتايج تجربي موجود داشتند. نتايج نشان داد كه بهترين پپتيدها با كمترين انرژي آزاد اتصال عبارت اند از ATPF و AKPW و ARPF. همچنين بررسي پيوندهاي ميان اين پپتيدها و دومين BIR3 در ساختار نهايي كمپلكس ها آشكار كرد كه لوسين 307 و ترئونين 308 و گلوتامات 314 و تيروزين 324 دومين BIR3 براي اتصال پپتيدها ضروري هستند. نتايج تفكيك انرژي آزاد و تعيين سهم باقي مانده هاي شكاف دومين BIR3 در اتصال به اين پپتيدها در طول شبيه سازي نيز هماهنگ با نتايج پيشين بود و نقش همان باقي مانده ها را در اتصال نشان مي داد. همچنين گرايش بالاي اين پپتيدها نسبت به پپتيد طبيعي ((AVPI و مقايسه آنها با ساير پپتيدها آشكار مي كند كه وجود بار مثبت در جايگاه دوم پپتيد و وجود گروه هيدروفوب آروماتيك در جايگاه چهارم پپتيد باعث افزايش قدرت اتصال پپتيد مي شود.

The XIAP protein is a member of apoptosis proteins family. The XIAP protein plays a central role in the inhibition of apoptosis and consists of three Baculoviral IAP Repeat domains. The BIR3 domain binds directly to the Nterminal of caspase-9 and therefore it inhibits apoptosis. N-terminal tetrapeptide region of SMAC protein can bind to BIR3, inhibit it and subsequently induce apoptosis. In this study, fifteen tetrapeptides were docked into the BIR3 domain and then 10 ns molecular dynamics simulations were performed on each of the BIR3-peptide complex obtained from docking. MM/PBSA method was subsequently used to calculate the binding free energy of peptides to BIR3. The results of MM/PBSA method were in good coordination with docking and existing expermental results. The results showed the most potent peptides with the lowest binding free energy for binding to BIR3 included ATPF, AKPW and ARPF peptides. Also, investigation of bonds between these peptides and BIR3 domain in the final structure of complexes showed that Leu 307, Thr 308, Glu 314 and Tyr 324 of the BIR3 domain were essential for binding of peptides. Energy decomposition results for binding these peptides to the BIR3 domain during MD simulation was inconsistent with previous results and approved the roles of the same residues. The higher affinity of these peptides relative to native peptide (AVPI) and comparing them with other peptides revealed that the existence of positive charge in the second position and the existence of the aromatic group in the fourth position led to more binding affinity.