vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ15.084vavilov-490Research ArticleКомпьютерное моделированиеComputer SimulationДизайн и проверка действия малых химических соединений, направленных на ингибирование белка FADDDesign and experimental validation of the action of small molecule-based inhibitors of the FADD proteinИванисенкоН. В.IvanisenkoN. V.ivanisenko@bionet.nsc.ruХиллертЛ.HillertL.ИванисенкоВ. А.IvanisenkoV. A.ЛаврикИ. Н.LavrikI. N.Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, Россия Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RA S, Novosibirsk, Russia Novosibirsk State University, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФакультет прикладных исследований воспалительных процессов, Институт экспериментальной внутренней медицины, Университет Отто фон Гюрике, Магдебург, ГерманияРоссияDepartment of Translational Inflammation, Institute of Experimental Internal Medicine, Otto von Guericke University, Magdeburg, GermanyRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RA S, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, Россия Факультет прикладных исследований воспалительных процессов, Институт экспериментальной внутренней медицины, Университет Отто фон Гюрике, Магдебург, ГерманияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RA S, Novosibirsk, Russia Department of Translational Inflammation, Institute of Experimental Internal Medicine, Otto von Guericke University, Magdeburg, GermanyRussian Federation201505012016196724730Copyright © Иванисенко Н.В., Хиллерт Л., Иванисенко В.А., Лаврик И.Н., 20162016Иванисенко Н.В., Хиллерт Л., Иванисенко В.А., Лаврик И.Н.Ivanisenko N.V., Hillert L., Ivanisenko V.A., Lavrik I.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/490

Рецептор CD95 является одним из наиболее изученных представителей семейства рецепторов смерти. Его активация ведет к запуску апоптоза – программы программируемой клеточной гибели через образование комплекса DISC (Death-Inducing Signaling Complex – комплекс, индуцирующий смерть). Основным структурным звеном комплекса CD95 DISC является адаптерный белок FA DD (Fas-Associated Death Domain – Fas-ассоциированный домен смерти), олигомеризация которого необходима для последующей активации прокаспазы-8 в рецепторном комплексе. Белок FA DD характеризуется наличием домена смерти и домена DED (Death Effector Domain – эффекторный домен смерти). Домен смерти рецептора CD95 связывается с соответствующим доменом белка-адаптера FA DD, а за счет связывания доменов DED происходит образование комплекса с участием прокаспазы-8, 10 и белка с-FLIP. Поиск ингибиторов взаимодействия белка FA DD и других ключ евых компонент комплекса DISC представляет огромный интерес для исследования структурно-функциональной организации данного комплекса, молекулярных механизмов клеточной гибели и лечения нейродегенеративных заболеваний. Был осуществлен поиск малых химических соединений in silico, направленно взаимодействующих c доменом DED белка FA DD. Для достижения данной цели были проведены молекулярное моделирование белковых комплексов и виртуальный скрининг потенциальных ингибиторов FA DD, а также разработана новая методология экспериментальной проверки их биологического эффекта на клеточных линиях. Компьютерно-экспериментальный анализ позволил выявить оптимальную конформацию белка FA DD для дизайна низкомолекулярных соединений, способных связываться в районе аминокислотного остатка Y25. Мы предполагаем, что дальнейшая оптимизация структур химических соединений, способных связываться с гидрофобным карманом вблизи аминокислотного остатка Y25 FA DD, позволит создать новые перспективные ингибиторы программируемой клеточной гибели.

CD95 is one of the best studied members of the death receptor family. Activation of CD95 leads to the induction of the cell death programme, apoptosis, via formation of the death-inducing signaling complex (DISC). FA DD is a key adaptor protein for the formation of the C D95 DISC and activation of caspase-8 in the receptor complex. FA DD comprises the death domain and the death effector domain (DED). The death domain is essential for the interactions of FA DD with CD95, while DED is necessary for the recruitment of procaspase-8, -10 and the protein c-FLIP into the DISC. The search for the inhibitors that would block the interactions of FA DD with the other core proteins of the DISC is essential for the studies of the structure and function of this complex, investigation of the apoptosis mechanisms and development of new treatments for neurodegenerative diseases. In the course of this work, the screening for small inhibitors in silico that selectively interact with DED has been performed. For this purpose, the molecular modeling of the protein complexes and virtual screening of the potential inhibitors of FA DD has been performed. In addition, a new technology to test the activity of these inhibitors has been developed. The computational and experimental analysis performed allowed us to characterize the optimal conformation of the FA DD protein for the design of the small molecules that can bind in the region of amino acid residue Y25. We presume that further optimization of the structures of chemical compounds that can bind with the hydrophobic pocket next to the residue Y25 of FA DD will allow for the creation of the new perspective inhibitors of the programmed cell death.

апоптозCD95FA DDмолекулярное моделированиеDISCкаспазаapoptosisCD95FA DDmolecular modelingDISCcaspaseReferencesBissantz C., Kuhn B., Stahl M. A medicinal chemist’s guide to molecular interactions. J. Med. Chemistry. 2010;53(14):5061-5084. DOI 10.1021/jm100950pBissantz C., Kuhn B., Stahl M. A medicinal chemists guide to molecular interactions. J. Med. Chemistry. 2010;53(14):5061-5084. DOI 10.1021/jm100950pCarrington P.E., Sandu C., Wei Y., Hill J.M., Morisawa G., Huang T., Gavathiotis E., Wei Y., Werner M.H. The structure of FADD and its mode of interaction with procaspase-8. Mol. Cell. 2006;22(5):599-610. DOI 10.1016/j.molcel.2006.04.018Carrington P.E., Sandu C., Wei ., Hill J.M., Morisawa G., Huang T., Gavathiotis E., Wei Y., Werner M.H. The structure of FADD and its mode of interaction with procaspase-8. Mol. Cell. 2006;22(5):599- 610. DOI 10.1016/j.molcel.2006.04.018Friesner R.A., Banks J.L., Murphy R.B., Halgren T.A., Klicic J.J., Mainz D.T., Repasky M.P., Knoll E.H., Shaw D.E., Shelley M., Perry J.K., Francis P., Shenkin P.S. Glide: a new approach for rapid, accurate docking and scoring. 1. Method and assessment of docking accuracy. J. Med. Chem. 2004;47(7):1739-1749. DOI 10.1021/jm0306430Friesner R.A., Banks J.L., Murphy R.B., Halgren T.A., Klicic J.J., Mainz D.T., Repasky M.P., Knoll E.H., Shaw D.E., Shelley M., Perry J.K., Francis P., Shenkin P.S. Glide: a new approach for rapid, accurate docking and scoring. 1. Method and assessment of docking accuracy. J. Med. Chem. 2004;47(7):1739-1749. DOI 10.1021/jm0306430Friesner R.A., Murphy R.B., Repasky M.P., Frye L.L., Greenwood J.R., Halgren T.A., Sanschagrin P.C., Mainz D.T. Extra precision glide: docking and scoring incorporating a model of hydrophobic enclosure for protein-ligand complexes. J. Med. Chem. 2006;49(21):6177-6196. DOI 10.1021/jm051256oFriesner R.A., Murphy R.B., Repasky M.P., Frye L.L., Greenwood J.R., Halgren T.A., Sanschagrin P.C., Mainz D.T. Extra precision glide: docking and scoring incorporating a model of hydrophobic enclosure for protein-ligand complexes. J. Med. Chem. 2006;49(21):6177-6196. DOI 10.1021/jm051256oHalgren T.A., Murphy R.B., Friesner R.A., Beard H.S., Frye L.L., Pollard W.T., Banks J.L. Glide: a new approach for rapid, accurate docking and scoring. 2. Enrichment factors in database screening. J. Med. Chem. 2004;47(7):1750-1759. DOI 10.1021/jm030644sHalgren T.A., Murphy R.B., Friesner R.A., Beard H.S., Frye L.L., Pollard W.T., Banks J.L. Glide: a new approach for rapid, accurate docking and scoring. 2. Enrichment factors in database screening. J. Med. Chem. 2004;47(7):1750-1759. DOI 10.1021/jm030644sIrwin J.J., Sterling T., Mysinger M.M., Bolstad E.S., Coleman R.G. ZINC: a free tool to discover chemistry for biology. J. Chem. Inf. Model. 2012;52(7):1757-1768. DOI 10.1021/ci3001277Irwin J.J., Sterling T., Mysinger M.M., Bolstad E.S., Coleman R.G. ZINC: a free tool to discover chemistry for biology. J. Chem. Inf. Model. 2012;52(7):1757-1768. DOI 10.1021/ci3001277Krammer P.H., Arnold R., Lavrik I.N. Life and death in peripheral T cells Nat. Rev. Immunol. 2007;7(7):532-542. DOI 10.1038/nri2115 Lavrik I.N., Golks A., Krammer P.H. of cell death.J.Clin Invest 2005;115(10):2665-2672. DOI 10.1172/JCI26252Krammer P.H., Arnold R., Lavrik I.N. Life and death in peripheral T cells.Nat. Rev. Immunol. 2007;7(7):532-542. DOI 10.1038/nri2115Lavrik I.N., Golks A., Krammer P.H. Caspases: pharmacological manipulation of cell death J Clin Invest.2005;115(10):2665-2672. DOI 10.1172/JCI26252Lavrik I.N., Golks A., Krammer P.H. Caspases: pharmacological manipulation of cell death J Clin. Invest 2005;115(10):2665-2672. DOI 10.1172/JCI26252Lavrik I.N., Krammer P.H. Regulation of CD95/Lavrik I.N., Krammer P.H. Regulation of CD95/Fas signaling at the DISCCell Death Differ. 2012;19(1):36-41. DOI 10.1038/cdd.2011.155Sastry G.M., Adzhigirey M., Day T., Annabhimoju R., Sherman W. Protein and ligand preparation: parameters, protocols, and influence on virtual screening enrichments. J. Comput. Aid. Mol. Des. 2013;27(3):221-234. DOI 10. 1007/ s10822-013-9644-8Sastry G.M., Adzhigirey M., Day T., Annabhimoju R., Sherman W. Protein and ligand preparation: parameters, protocols, and influence on virtual screening enrichments. J. Comput. Aid. Mol. Des. 2013;27(3):221-234. DOI 10. 1007/ s10822-013-9644-8Schleich K., Warnken U., Fricker N., Öztürk S., Richter P., Kammerer K., Schnoelzer M., Krammer P.H., Lavrik I.N. Stoichiometry of the CD95 death-inducing signaling complex: experimental and modeling evidence for a death effector domain chain model. Mol. Cell. 2012;47(2):306-319. DOI 10.1016/j.molcel.2012.05.006Schleich K., Warnken U., Fricker N., Öztürk S., Richter P., Kammerer K., Schnoelzer M., Krammer P.H., Lavrik I.N. Stoichiometry of the CD95 death-inducing signaling complex: experimental and modeling evidence for a death effector domain chain model. Mol. Cell. 2012;47(2):306-319. DOI 10.1016/j.molcel.2012.05.006

The authors declare that there are no conflicts of interest present.