Dokument:
Molecular modelling studies with regard to the observed resistance
profile of Streptococcus pneumoniae PBP2x
| Titel: | Molecular modelling studies with regard to the observed resistance profile of Streptococcus pneumoniae PBP2x | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2020 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20001201-000020-3 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | van Hooft, Paul [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Dr. h.c. Höltje, Hans-Dieter [Gutachter] Prof. Dr. Büldt, Georg [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Streptococcus pneumoniae, Penicillin-bindende Proteine, PBP2x, Protein Modellierung, Homologie Modellierung, Laktamantibiotika, Moleküldynamik, local structural trace alignments, Cefotaxim, BenzylpenicillinStreptococcus pneumoniae, Penicillin-binding proteins, PBP2x, Protein modelling, Homology modelling, Antibiotics, Molecular dynamics, local structural trace alignments, Cefotaxime, Benzylpenicillin | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik | |||||||
| Beschreibungen: | Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe von Molecular Modelling Methoden ein 3D Modell der Transpeptidase Domäne von Streptococcus pneumoniae Penicillin-bindendem Protein 2x (PBP2x) erstellt. Um mögliche Unterschiede im Verhalten der Penicilline und Cephalosporine im aktiven Zentrum aufzudecken, wurden Moleküldynamiken der Michaelis Komplexe durchgeführt. Da zu Beginn nur die a-Kohlenstof-Koordinaten von einer bis zu 3,5 Å aufgelösten Kristallstruktur bekannt waren, wurde zuerst eine neue Methode zur Generierung von 3D Komplettstrukturen aus a-Kohlenstoff Koordinaten entwickelt. Nachdem mit Hilfe dieser Methode ein komplettes 3D Modell der Transpeptidase-Domäne erstellt worden war, wurde die Struktur bis zu einer Auflösung von 2.4 Å gelöst. In das erstellte Modell brauchten nur die neuen Kristall-Koordinaten von 17 der 351 Aminosäuren eingefügt zu werden. Das Endmodell wurde mit Benzylpenicillin, Oxacillin, Cefotaxim und Cefalothin komplexiert. Aus den Moleküldynamiksimulationen der Komplexe konnte vorhergesagt werden, dass Laktamantibiotika mit einem grossen hydrophilen R1 Substituenten PBP2x besser kovalent inhibieren können als Laktamantibiotika mit einem kleinen Substituenten. Ausserdem konnten die Simulationen experimentelle Befunde, laut denen die natürliche T550->A Mutante hoch resistent gegen Cefotaxim, aber hypersensitiv für Benzylpenicillin und Oxacillin ist, gut erläutern. Da die Dynamiken zeigten, dass der Thiophensubstituent von Cefalothin beweglicher ist als der Benzylsubstituent von Benzylpenicillin, konnten IR Messungen, welche zeigen, dass der Lactam-Carbonylsauerstoff des kovalent gebundenen Cefalothin in der Oxyanion-Höhle weniger stabilisiert ist als im kovalenten Komplex mit Benzylpenicillin, ebenfalls erläutert werden. Zur Untersuchung der Effekte der in dem natürlichen mutanten Strang C505 vorkommenden T526->S Mutation, wurden zusätzliche Dynamiksimulationen der Komplexe dieses mutierten Enzyms, komplexiert mit Benzylpenicillin und Cefotaxim, durchgeführt. Im Gegensatz zu dem R6 Enzym, konnte anhand dieser Simulationen vorhergesagt werden, dass grosse hydrophile R1 Substituente in Cephalosporinen zu einer stärkeren Resistenz führen.The aim of this thesis was to first generate a full 3D model of the transpeptidase domain of Streptococcus pneumoniae penicillin-binding protein 2x (R6 strain) from its a-carbon coordinates, to study the behaviour of penicillins and cephalosporins in the active site with molecular dynamics simulations of Michaelis complexes, and to study the influence of several natural mutations in the active site on the formation of these complexes. A new method was developed for generating full protein coordinates from a-carbon coordinates of a crystal structure solved to 3.5 Å resolution. Since after generation of full coordinates of the transpeptidase domain the structure had been solved to 2.4 Å resolution, new X-ray coordinates for the worst modeled loop residues T370 to M386; 17 out of a total number of 351 residues constituting the transpeptidase domain) were incorporated, as kindly provided by Dr Dideberg. The final model was complexed with benzylpenicillin, oxacillin, cefotaxime and cephalothin. By running molecular dynamics simulations of the complexes it could be predicted that lactam antibiotics with a large hydrophilic R1 substituent are more potent to covalently inhibit PBP2x than those with small hydrophobic substituents. In addition, the molecular dynamics simulations of the complexes nicely explained experimental results, showing that the naturally occurring T550->A mutant enzyme is highly resistant to cefotaxime, but hypersensitive for benzylpenicillin and oxacillin. Likewise, due to larger flexibility of the thiophene substituent compared to the benzyl substituent, simulations of the complexes could explain IR measurements, showing that the lactam carbonyl carbon of covalently bound cephalothin was less stabilised in the oxyanion hole than in covalently bound benzylpenicillin. In order to study the effects of the T526->S mutation present in the naturally occurring mutant C505 strain (T526->S, L403->F and Q458->K), additional molecular dynamics simulations were run of this mutant enzyme complexed with benzylpenicillin and cefotaxime. Contrasting to the R6 enzyme, these simulations predicted that the larger the hydrophilic R1 substituent, the higher the resistance profile to be observed. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 01.12.2000 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 01.12.2000 | |||||||
| Datum der Promotion: | 01.12.2000 |
