2015 · Oda et al. — Vorhersage der Bindungsmodi zwischen Protein-L-Isoaspartyl-(D-Aspartyl)-O-Methyltransferase und Peptidsubstraten mit isomerisierten Asparaginsäureresten unter Verwendung von In-silico-Analysemethoden für das Substrat-Screening.
Kurzfassung
Computergestütztes Docking und Molekulardynamik-Simulation sagten erfolgreich voraus, wie das DNA-Reparaturenzym PIMT isomerisierte Asparaginsäurevarianten in Peptidsubstraten erkennt — und unterschied echte Substrate von Nicht-Substraten rein in silico. Die Methode könnte das Substrat-Screening in der Alterungs- und Proteinschadensforschung beschleunigen. Diese Studie hat keine Verbindung zur Biologie des molekularen Wasserstoffs (H₂).
Kommentar
Protein-L-Isoaspartyl-(D-Aspartyl)-O-Methyltransferase (PIMT) ist ein Reparaturenzym, das spontan isomerisierte Asparaginsäurereste in Proteinen korrigiert — ein Schadensprozess, der sich mit dem Altern ansammelt. Das Verständnis, welche Peptidsequenzen PIMT erkennt, ist für die Alterungsbiologie und potenzielle Therapeutika wichtig. Diese Studie verwendet computergestütztes Protein-Liganden-Docking und MD-Simulation, um Bindungsmodi für vier Asp-Isomere (L-α, L-β, D-α, D-β-Asp) vorherzusagen. Die Simulationen identifizieren korrekt L-β-Asp und D-α-Asp als Substrate, während L-α-Asp und D-β-Asp als Nicht-Substrate unterschiedliche Bindungsgeometrien und starrere Konformationen zeigen, die durch intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen bedingt sind. Diese Arbeit hat keine Relevanz für die Therapie mit molekularem Wasserstoff (H₂).
Wichtige Zitate
- „Carboxylgruppen sowohl von L-β-Asp als auch von D-α-Asp wurden von PIMT in ähnlichen Modi erkannt, und die C-terminalen Regionen der Substrat-Peptide lagen in ähnlichen Positionen auf PIMT für sowohl die L-β-Asp- als auch die D-α-Asp-Peptide.“ Original (EN): „carboxyl groups of both l-β-Asp and D-α-Asp were recognized in similar modes by PIMT and that the C-terminal regions of substrate peptides were located in similar positions on PIMT for both the l-β-Asp and D-α-Asp peptides.“ — Substrat-Erkennungsergebnis: beide echten Substrate binden PIMT in vergleichbaren Orientierungen
- „Bei den Nicht-Substrat-Peptiden wurden nicht inter-, sondern intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen beobachtet, und die Konformationen der Peptide waren starrer als die der Substrate.“ Original (EN): „In the nonsubstrate peptides, not inter- but intra-molecular hydrogen bonds were observed, and the conformations of peptides were more rigid than those of substrates.“ — Nicht-Substrat-Ergebnis: intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen fixieren Nicht-Substrate in unproduktiven Konformationen
- „Die In-silico-Analysemethoden konnten Substrate von Nicht-Substraten unterscheiden, und die computergestützten Methoden sollen experimentelle Analysemethoden ergänzen.“ Original (EN): „the in silico analytical methods were able to distinguish substrates from nonsubstrates and the computational methods are expected to complement experimental analytical methods.“ — Validierungsschlussfolgerung: der computergestützte Ansatz ist für das Substrat-Screening zuverlässig
Unsere Einordnung
Eine gut durchgeführte computergestützte Studie in der Strukturenzymatik. Die Feststellung, dass In-silico-Methoden PIMT-Substrate von Nicht-Substraten unterscheiden können, hat praktischen Wert für das High-Throughput-Substrat-Screening in der alterungsbedingten Proteinschadensforschung. Die Studie hat keine Relevanz für die Medizin mit molekularem Wasserstoff (H₂); sie behandelt Wasserstoffbrückenbindungen als grundlegendes biochemisches Konzept. Ihre Präsenz in H₂-Datenbanken spiegelt ein Schlüsselwort-Matching-Artefakt wider, keine wissenschaftliche Relevanz für H₂-Therapie.
Studiendesign
- Typ: In-silico-computergestützte Studie · Modell: Protein-Liganden-Docking + MD-Simulation von PIMT mit vier Asp-Isomeren (L-α, L-β, D-α, D-β-Asp) · H₂-Relevanz: keine
- Methode: computergestütztes Docking + Molekulardynamik-Simulation · Ergebnis: L-β-Asp- und D-α-Asp-Substrate zeigen ähnliche Bindungsgeometrie; Nicht-Substrate L-α und D-β-Asp zeigen intramolekulare H-Brücken und starre Konformationen, die mit produktiver Bindung unvereinbar sind
Abstract (deutsche Übersetzung)
Da Asparaginsäure-(Asp)-Reste in Proteinen gelegentlich im menschlichen Körper isomerisiert werden, finden sich nicht nur L-α-Asp, sondern auch L-β-Asp, D-α-Asp und D-β-Asp in menschlichen Proteinen. Bei diesen isomerisierten Asparaginsäuren ist der Anteil von D-β-Asp am größten, und die Anteile von L-β-Asp und D-α-Asp in menschlichen Proteinen sind vergleichsweise gering. Um die Anteile der Asparaginsäure-Isomere zu erklären, wird häufig die Möglichkeit eines Enzyms in Betracht gezogen, das L-β-Asp und D-α-Asp reparieren kann. Protein-L-Isoaspartyl-(D-Aspartyl)-O-Methyltransferase (PIMT) wird als eines der möglichen Reparaturenzyme für L-β-Asp und D-α-Asp angesehen. Humanes PIMT ist ein Enzym, das sowohl L-β-Asp als auch D-α-Asp erkennt und die Methylierung ihrer Seitenketten katalysiert. In dieser Studie wurden die Bindungsmodi zwischen PIMT und Peptidsubstraten, die L-β-Asp- oder D-α-Asp-Reste enthalten, unter Verwendung von computergestütztem Protein-Liganden-Docking und Molekulardynamik-Simulationen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Carboxylgruppen sowohl von L-β-Asp als auch von D-α-Asp von PIMT in ähnlichen Modi erkannt wurden und dass die C-terminalen Regionen der Substrat-Peptide in ähnlichen Positionen auf PIMT für sowohl die L-β-Asp- als auch die D-α-Asp-Peptide lagen. Im Gegensatz dazu unterschieden sich bei Peptiden mit L-α-Asp- oder D-β-Asp-Resten, die keine Substrate von PIMT sind, die computergestützt konstruierten Bindungsmodi zwischen PIMT und Peptiden erheblich von denen zwischen PIMT und Substraten. Bei den Nicht-Substrat-Peptiden wurden nicht inter-, sondern intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen beobachtet, und die Konformationen der Peptide waren starrer als die der Substrate. So konnten die In-silico-Analysemethoden Substrate von Nicht-Substraten unterscheiden, und die computergestützten Methoden sollen experimentelle Analysemethoden ergänzen.
Original-Abstract (englisch)
Because the aspartic acid (Asp) residues in proteins are occasionally isomerized in the human body, not only l-α-Asp but also l-β-Asp, D-α-Asp and D-β-Asp are found in human proteins. In these isomerized aspartic acids, the proportion of D-β-Asp is the largest and the proportions of l-β-Asp and D-α-Asp found in human proteins are comparatively small. To explain the proportions of aspartic acid isomers, the possibility of an enzyme able to repair l-β-Asp and D-α-Asp is frequently considered. The protein L-isoaspartyl (D-aspartyl) O-methyltransferase (PIMT) is considered one of the possible repair enzymes for l-β-Asp and D-α-Asp. Human PIMT is an enzyme that recognizes both l-β-Asp and D-α-Asp, and catalyzes the methylation of their side chains. In this study, the binding modes between PIMT and peptide substrates containing l-β-Asp or D-α-Asp residues were investigated using computational protein-ligand docking and molecular dynamics simulations. The results indicate that carboxyl groups of both l-β-Asp and D-α-Asp were recognized in similar modes by PIMT and that the C-terminal regions of substrate peptides were located in similar positions on PIMT for both the l-β-Asp and D-α-Asp peptides. In contrast, for peptides containing l-α-Asp or D-β-Asp residues, which are not substrates of PIMT, the computationally constructed binding modes between PIMT and peptides greatly differed from those between PIMT and substrates. In the nonsubstrate peptides, not inter- but intra-molecular hydrogen bonds were observed, and the conformations of peptides were more rigid than those of substrates. Thus, the in silico analytical methods were able to distinguish substrates from nonsubstrates and the computational methods are expected to complement experimental analytical methods.
Quelle & Links
Screenshot der PubMed-Seite
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