Dokument: Molecular Modelling Untersuchungen an der humanen Proteinkinase CK2

Titel:	Molecular Modelling Untersuchungen an der humanen Proteinkinase CK2
Weiterer Titel:	Molecular Modelling Studies on human Proteinkinase CK2
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=9308
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20081105-144249-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Kleis, Frank [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 27,75 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.10.2008 / geändert 11.10.2008
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die Proteinkinase CK2 (früher bekannt als Caseinkinase 2) ist eine Ser/Thr-Kinase aus der Superfamilie der so genannten eukaryotischen Proteinkinasen. Sie scheint an einer Reihe pathologischer Prozesse wie Tumorgenese und viralem Überleben beteiligt zu sein, so dass sie ein interessantes Target für die Arzneistoffentwicklung darstellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mittels computergestützter theoretischer Methoden die molekularen Wechselwirkungen von Liganden mit der CK2 untersucht. Zuerst wurde mit Hilfe von Kristallstrukturen der CK2α aus Zea mays mittels Homology Alignment-Methoden eine stereochemisch erlaubte aktivierte katalytische Domäne des humanen Enzyms (mhCK2α) modelliert, mit der dann das Bindungsverhalten von ATP und GTP in der Active Site moleküldynamisch untersucht wurde. Im Ergebnis ließ sich die Präferenz des Enzyms für ATP gegenüber GTP adäquat simulieren. Außerdem erhielt man Informationen über die Stabilität von an der Cosubstratbindung beteiligten cokristallisierten Wassermolekülen. Insbesondere scheinen zwei Wassermoleküle (Wat-A und Wat-B) essentiell für die duale Cosubstratspezifität der CK2 zu sein. Im Anschluss wurden die Komplexe der mhCK2α mit den Inhibitoren Emodin und IQA zu MD-Untersuchungen herangezogen. Aus Docking-Untersuchungen mit Indeno[1,2-b]indolen – neuen potenten Inhibitoren der humanen CK2 – resultierten Bindungsgeometrien, die wie typische CK2-Inhibitoren absolut coplanar zu den natürlichen Cosubstraten ATP und GTP in der purine base binding plane lagen. Mit GRID berechnete molekulare Interaktionsfelder in der Active Site stimmten sehr gut mit den gefundenen Wechselwirkungsgeometrien überein. MDSimulationen zeigten für den Indenoindol 6b einen besonders stabilen Bindungsmodus. Ausgehend von dem Bindungsmodus des Liganden 6b wurden unter Einsatz von GRID ein proteinbasiertes Design neuer struktureller Variationen der Indenoindole durchgeführt, um deren Wechselwirkungsspektrum in der Active Site zu erweitern. Diese Strukturen wurden in einer anschließenden Docking-Analyse signifikant besser bewertet, als die Muttersubstanz 6b. Eine MD-Simulation einer neuen Struktur L6b_02 unterstützte die vermutete sehr gute Stabilität der vorgeschlagenen Wechselwirkungsgeometrien. Auf Basis der vorgeschlagenen Indenoindole wurde zum Abschluss dieser Arbeit ein virtuelles Screening des drug like Molekülsatzes aus der ZINC-Datenbank durchgeführt. Anhand diverser Filter (FTREES, visuelle Analyse) konnte eine Vorauswahl von 44 Strukturen für die folgende Docking-Analyse gewonnen werden. Zu guter Letzt wurden die Docking-Ergebnisse mit GRID-Feldern kontrolliert und acht der 20 am besten bewerteten Strukturen einer experimentellen Testung unterzogen. Protein kinase CK2 (formerly known as casein kinase 2) is a Ser/Thr-kinase belonging to the superfamily of the so called eukaryotic protein kinases. It appears to be involved in pathological processes such as tumour growth and viral survival. Therefore it represents an interesting pharmacological target. Within this thesis computer aided theoretical methods were applied to analyze molecular interactions of ligands to the CK2 enzyme. First a stereochemically correct activated catalytic domain of the human CK2 was modelled using Homology Alignment methods assisted by crystal structures of CK2α from Zea mays. These structures served for further molecular dynamics simulations (MD simulations) to investigate the binding mode of both ATP and GTP in the Active Site. As a result the preference of the enzyme for ATP versus GTP as a cosubstrate was simulated in an adequate way. Also information about the stability of cocrystalized water molecules which are involved in cosubstrate binding could be obtained. In particular two waters (Wat-A and Wat-B) seem to be essential for the dual cosubstrate specificity of CK2. Subsequently complexes of mhCK2α with the inhibitor molecules emodin and IQA were analyzed via MD simulations. Secondly Docking studies with indeno[1,2-b]indoles – new potent inhibitors of human CK2 – were carried out. The resulting binding modes were very consistent. Like typical CK2 inhibitors the indenoindoles occupy the purine base binding plane lying absolutely coplanar compared to the natural cosubstrates ATP and GTP. Calculated molecular interaction fields with GRID also were in line with the putative binding modes of the indenoindoles. MD simulations revealed a very stable binding geometry particularly with regard to ligand 6b. Based on the binding mode of ligand 6b calculations with GRID were used for protein based design of new structural variations of the indenoindoles leading to an enhancement of the interaction spectrum in the Active Site. These new structures also lead to a significantly higher scoring in SURFLEX-Dock compared to parent compound 6b. A following MD simulation with a new structure (L6b_02) supported the assumption of a good stability of the new putative binding modes. Finally a virtual screening analysis based on the proposed new indenoindoles was carried out using the drug like molecule set of the ZINC database. With diverse filter options such as FTREES or visual analysis 44 structures were obtained for docking analysis. The docking results were checked with GRID and eight of the 20 best ranked structures were submitted to experimental testing.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie » Pharmazeutische und Medizinische Chemie
Dokument erstellt am:	04.11.2008
Dateien geändert am:	11.10.2008
Promotionsantrag am:	23.06.2008
Datum der Promotion:	11.07.2008