Визуализация взаимодейтвия глутоматного рецептора 2 с лигандом

Задание 1

Структура глутоматного рецептора 2 (GluR2), представленного связывающим ядром, в комплексе с лигандом бромо-вилардиином имеет код PDB 1MQH. На картинке, представленной ниже, показана визуализация окружения лиганда на расстоянии 4 Å. Файл сессии можно скачать по ссылке.

session1
Рис. 1. Визулизация аминокислотных остатков GluR2 на расстоянии 4 Å от бромо-вилардиина. Красным показано взаимодействия ароматических колец (Т-стэкинг). Синим показаны солевые мостики. Голубым – водородные связи.

В данной структуре были определены 2 взаимодейтвия между белком и лигандом типа стэкинга:

  1. TYR-61 располагается под углом около 80 градусов по отношению к ароматическому кольцу лиганда, т.е. наблюдается Т-стэкинг;
  2. В депротонированном состоянии GLU-193 может взаимодейтсвовать с ароматическим кольцом (пи-анионное взаимодействие)
Положительно заряженный ARG-96 взаимодействует с отрицательно заряженной карбоксильной группой лиганда с образованием солевого мостика. Такой же тип взаимодействия можно обнаружить между GLU-193 и протонированной аминогруппой лиганда. Водородная связь предполагается для остатка THR-91, который в данном взаимодействии выступает донором связи, и той же протонированной аминогруппы – акцептора связи. Атомы кислорода и азота находятся в sp3 гибридизации, и мы ожидаем увидеть углы примерно 108 градусов и тетраидрическую ориентацию заместителей. На рис. 1 видно, что положение связи немного отличается от ожидаемого.

Задание 2

В расматриваемой структуре точечная замена на GLY была внесена в 102 остаток цепи антигена. Визуализация окружения остатка GLY-102 показана на рис.2, остатки показаны в виде сфер.

session1
Рис. 2. Визулизация аминокислотных остатков антитела на расстоянии 4 Å от GLY-102. Однобуквенным кодом показаны окружающие аминокислоты.

На рис. 2 видно, что 102 остаток антигена окружают полярные группы остатков N28, K30, Y32, K50, D98, D99 и D100. Таким образом, изначальная аминокислота с высокой вероятностью не является алифатической. Выбранный способ визуализации с помощью сфер наглядно показывает стерические наложения атомов. Сферы имеют радиусы равный ван-дер-ваальсовым радиусам, т.е. минимальному расстоянию между атомами, не имеющих химическую связь. В данной работе я приняла предположение, что искомая аминокислота антигена не должна иметь перекрытий сфер с окружающими остатками антитела, поскольку мы ожидаем наблюдать только следующие типы взаимодействия: стэкинг, солевые мостики и водородные связи, – без образования более коротких химических связей.

Предварительный анализ (результаты не показаны) показал, что ароматические аминокислоты в 102 позиции имеют имеют большое перекрытие сфер с окружающими остатками, поэтому в дальнейшем они не были рассмотрены. Далее были сделаны замены в 102 позиции на ARG, HIS, LYS (рис. 3), и GLU, GLN (рис. 4), и ASN, ASP (рис.5 и 6), и SER, THR (рис. 7 и 8).

session1
Рис. 3. Замена GLY на ARG, HIS и LYS соответственно. Все три остатка имеют перерытия сфер и не вписываются по размерам в карман связывания.
session1
Рис. 4. Замена GLY на GLN и GLU соответственно. В данном случае сферы тоже перекрываются, возможно, замены на более "короткие" остатки будут лучше вписываться в окружение
session1
Рис. 5. Замена GLY на ASN и ASP соответственно. Стерические наложения минимальны, О карбоксильной группы 102 замененного остатка расположен очень близко к аминогруппе бокового радикала K30. Эти затруднения могут быть устранены небольшим поворотом бокового радикала ASN и ASP. Однако ASN имеет перекрытие сферы атома N со сферой O остатка Y32.
session1
Рис. 6. Замена GLY на ASN и ASP соответственно. Вид "снизу" на окружение. ASN имеет перекрытие сферы атома N со сферой O остатка Y32.
session1
Рис. 7. Замена GLY на SER и THR соответственно. Данные аминокислотные остатки на 102 позиции демонстрируют полное отсутствие перекрытий с остатками антитела. Гидроксильная группа в обоих случаях обращена в сторону скопления полярных групп, где потенциально может образовывать водородные связи и солевые мости в депротонированном состоянии.
session1
Рис. 8. Замена GLY на SER и THR соответственно. Вид "снизу" на окружение. Видно, что сферы не перекрываются, т.е. атомы находятся на оптимальном для взаимодействия расстоянии. Стоит отметить, что дополнительнвя метильная группа треонина может вступать в гидрофобное взаимодействие с углеродными скелетами боковых радикалов D98 и D100.

Исходя из данных перебора, исходными остатками в 102 позиции с наибольшей вероятностью были ASN при условии поворота, SER, THR. Они демонстрируют оптимальную удаленность от атомов окружающих их остатков, а также положение бокового радикала, позволяющее вступать в энергетически выгодное взаимодействие с окружением. На рисунке ниже представлены возможные взаимодействия THR-102 и ASN-102 с окружающими его остатками.

session1
Рис. 9. Предполагаемое взаимодейтсвие THR-102 cо своим окружением. Гидроксильная группа треонина может выступать в данном контексте в качестве донора водородной связи по отношению к Y32 и акцептором для K30. На расстоянии 4.2 располагается аминогруппа N28, которая может быть акцепотором и донором аминогруппы, но расстояние формально больше, чем разрешается для образования водородной связи с THR-102. В случае депротонирования гидроксильной группы THR-102 может вступать в электростатическое взаимодействие с заряженной группой K30.
session1
Рис. 10. Предполагаемое взаимодейтсвие ASN-102 cо своим окружением. Поскольку аминогруппа ASN в норме не заряжена, то мы ожидаем образование водородных связей. Она может выступать в качестве акцептора связи по отношению к Y32 и донора к N28.