Name: Synthese van aminozuren gemodificeerd met reactieve carbonylen in silico om structurele effecten te beoordelen met behulp van moleculaire dynamica-simulaties (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-26T14:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 57 s
Description: Ontdek in silico-synthese van met reactieve carbonylen gemodificeerde aminozuren om structurele effecten op eiwitten te evalueren via moleculaire dynamica-simulaties.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door onderzoekssubsidiecode 1107-844-67943 van het Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación (Minciencias) en de Universiteit van Cartagena (Colombia) voor subsidie ter ondersteuning van de onderzoeksgroepen 2021 en Acta 017-2022.

In silico structurele analyse van eiwitcarbonylering door lipidederivaten

<ol><li>Cornell, W. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+second+generation+force+field+for+the+simulation+of+proteins%2C+nucleic+acids%2C+and+organic+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">A second generation force field for the simulation of proteins, nucleic acids, and organic molecules.</a> J Am Chem Soc. 117 (19), 5179-5197 (1995).</li>
<li>Wang, J., Wolf, R. M., Caldwell, J. W., Kollman, P. A., Case, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+testing+of+a+general+amber+force+field%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comput+Chem%22%5BJournal%5D)">Development and testing of a general amber force field.</a> J Comput Chem. 25 (9), 1157-1174 (2004).</li>
<li>Brooks, B. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CHARMM%3A+A+program+for+macromolecular+energy%2C+minimization%2C+and+dynamics+calculations%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comput+Chem%22%5BJournal%5D)">CHARMM: A program for macromolecular energy, minimization, and dynamics calculations.</a> J Comput Chem. 4 (2), 187-217 (1983).</li>
<li>Mayo, S. L., Olafson, B. D., Goddard, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DREIDING%3A+a+generic+force+field+for+molecular+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem%22%5BJournal%5D)">DREIDING: a generic force field for molecular simulations.</a> J Phys Chem. 94 (26), 8897-8909 (1990).</li>
<li>Daura, X., Mark, A. E., van Gunsteren, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parametrization+of+aliphatic+CHn+united+atoms+of+GROMOS96+force+field%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comput+Chem%22%5BJournal%5D)">Parametrization of aliphatic CHn united atoms of GROMOS96 force field.</a> J Comput Chem. 19 (5), 535-547 (1998).</li>
<li>Robertson, M. J., Tirado-Rives, J., Jorgensen, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+peptide+and+protein+torsional+energetics+with+the+OPLS-AA+force+field%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chem+Theory+Comput%22%5BJournal%5D)">Improved peptide and protein torsional energetics with the OPLS-AA force field.</a> J Chem Theory Comput. 11 (7), 3499-3509 (2015).</li>
<li>Guvench, O., MacKerell, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+protein+force+fields+for+molecular+dynamics+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Comparison of protein force fields for molecular dynamics simulations.</a> Methods Mol Biol. 443, 63-88 (2008).</li>
<li>Petrov, D., Margreitter, C., Grandits, M., Oostenbrink, C., Zagrovic, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+systematic+framework+for+molecular+dynamics+simulations+of+protein+post-translational+modifications%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Comput+Biol%22%5BJournal%5D)">A systematic framework for molecular dynamics simulations of protein post-translational modifications.</a> PLoS Comput Biol. 9 (7), e1003154(2013).</li>
<li>Alviz-Amador, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+benchmark+to+obtain+AMBER+parameters+dataset+for+non-standard+amino+acids+modified+with+4-hydroxy-2-nonenal%5BTitle%5D)+AND+%22Data+Brief%22%5BJournal%5D)">Development and benchmark to obtain AMBER parameters dataset for non-standard amino acids modified with 4-hydroxy-2-nonenal.</a> Data Brief. 21, 2581-2589 (2018).</li>
<li>Pineda-Alemán, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cysteine+carbonylation+with+reactive+carbonyl+species+from+lipid+peroxidation+induce+local+structural+changes+on+thioredoxin+active+site%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mol+Graph+Model%22%5BJournal%5D)">Cysteine carbonylation with reactive carbonyl species from lipid peroxidation induce local structural changes on thioredoxin active site.</a> J Mol Graph Model. 124, 108533(2023).</li>
<li>Alviz-Amador, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+4-HNE+modification+on+ZU5-ANK+domain+and+the+formation+of+their+complex+with+%CE%B2-Spectrin%3A+A+molecular+dynamics+simulation+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chem+Info+Model%22%5BJournal%5D)">Effect of 4-HNE modification on ZU5-ANK domain and the formation of their complex with β-Spectrin: A molecular dynamics simulation study.</a> J Chem Info Model. 60 (2), 805-820 (2020).</li>
<li>Zhou, A., Schauperl, M., Nerenberg, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Benchmarking+electronic+structure+methods+for+accurate+fixed-charge+electrostatic+models%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chem+Info+Model%22%5BJournal%5D)">Benchmarking electronic structure methods for accurate fixed-charge electrostatic models.</a> J Chem Info Model. 60 (1), 249-258 (2020).</li>
<li>Gęgotek, A., Skrzydlewska, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+effect+of+protein+modifications+by+lipid+peroxidation+products%5BTitle%5D)+AND+%22Che+Phys+Lipids%22%5BJournal%5D)">Biological effect of protein modifications by lipid peroxidation products.</a> Che Phys Lipids. 221, 46-52 (2019).</li>
<li>Moldogazieva, N. T., Zavadskiy, S. P., Astakhov, D. V., Terentiev, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lipid+peroxidation%3A+Reactive+carbonyl+species%2C+protein%2FDNA+adducts%2C+and+signaling+switches+in+oxidative+stress+and+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Biochem+Biophys+Res+Comm%22%5BJournal%5D)">Lipid peroxidation: Reactive carbonyl species, protein/DNA adducts, and signaling switches in oxidative stress and cancer.</a> Biochem Biophys Res Comm. 687, 149167(2023).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Een van de cruciale stappen in de ontwikkeling van het AMBER-parametriseringsprotocol was de kwantumoptimalisatie van de nieuwe aminozuurresiduen die waren gemodificeerd met de lipideperoxidatiederivaten, vanwege de energetische variabiliteit die verband houdt met de minimalisatie en de manier van het toewijzen van RESP-ladingen in de AMBER-voorkamer. Hiervoor worden ab initio optimalisatiemethoden met Hartree-Fock (HF/6-31G) en semi-empirische dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT; B3LYP/6-31G en M062X/6-31G) werden opgesteld om de respons op de belastingstoewijzing te evalueren. Als gevolg hiervan presenteerde de HF-functie een betere verhouding tussen prestaties en rekenkosten, rekening houdend met dit als een eerdere stap in het protocol. Dit werd ook aangetoond in de studie van Zhou et al.12.
Tijdens de toepassing van het protocol kunnen er verschillende bronnen van fouten zijn. De mogelijke sterische belemmeringen die worden gegenereerd door de extra structuren van de modificatie leiden vaak tot fouten die vaak worden opgelost door de minimalisatiestappen van het moleculaire systeem. Aan de andere kant worden de parameters van de dihedrale hoeken meestal aangepast aan het einde van het parametriseringsproces en daarom hebben ze soms de neiging om als een mogelijke fout te worden weergegeven, in dit specifieke geval wordt voorgesteld om de parameters aan te passen door homologie, zoals gerapporteerd door Alviz-Amador9 en voeg het toe in het nieuwe formaat om de fout te elimineren.
Een van de beperkingen van de methode is de inspanning die nodig is voor de stapsgewijze ontwikkeling van de parametrisaties. Het genereren van nieuwe parameters uit de nieuwe elektronische structuren en het vervolgens aanpassen van deze parameters aan eiwitsystemen vereist veel toewijding voor een goede uitvoering. Daarom is een goede strategie bij het implementeren van ons protocol om de stapsgewijze instructies te volgen en de handleiding zorgvuldig te lezen.
In het landschap van moleculaire dynamica-simulaties wordt het belang van het AMBER-protocol duidelijk. Het adaptieve karakter en de veelzijdigheid maken het een waardevol hulpmiddel voor onderzoekers die diverse onderzoeksgebieden verkennen. Naast de toepassing ervan in eiwitsystemen, opent de uitbreiding ervan naar macromoleculaire structuren deuren naar nieuwe mogelijkheden. Dit aanpassingsvermogen pakt niet alleen de bestaande hiaten in standaard parametrisatiemethoden aan, maar biedt ook een weg voor het creëren van nieuwe structuren, waardoor de horizon van onderzoek naar moleculaire dynamica wordt verbreed. Integendeel, andere onderzoeken tonen aan dat de conventionele parametrisering van posttranslationele modificaties beperkt is tot een bepaald modificatietype en uitsluitend is afgeleid van openbaar beschikbare repositories8, die niet in staat zijn om nieuwe structuren te genereren.
Modificaties als gevolg van de aanwezigheid van reactieve carbonylsoorten worden vaak in verband gebracht met een reeks pathologieën, waaronder kanker, stofwisselingsstoornissen en degeneratieve ziekten volgens verschillende mechanismen13,14 . De ondersteuning die door dit protocol wordt geboden, is nuttig om verschillende cruciale eigenschappen te beoordelen, zoals conformationele stabiliteit, atomaire flexibiliteit, verlies van secundaire structuren, toegankelijkheid van oplosmiddelen en eiwit-eiwitinteractie-energie, onder andere. Bijgevolg zou de meting van deze eigenschappen nuttig kunnen zijn in situaties waarin gecarbonyleerde eiwitten onomkeerbare veranderingen in biologische systemen kunnen veroorzaken, wat leidt tot conformationele instabiliteit, verhoogde of verminderde atomaire flexibiliteit en verlies van secundaire structuur 10,11.
Concluderend kan worden gesteld dat het AMBER-parametriseringsprotocol, met zijn kritische stappen, aanpassingsvermogen en veelzijdigheid, een baanbrekende methode is op het gebied van simulaties van moleculaire dynamica. Hoewel de beperkingen ervan worden erkend, wordt het belang ervan onderstreept door het vermogen om de tekortkomingen van bestaande methoden aan te pakken, waardoor onderzoekers een krachtig hulpmiddel krijgen om de fijne kneepjes van moleculaire structuren en gedragingen in een spectrum van biologische en chemische systemen te verkennen.

In het constante streven naar het begrijpen van het moleculaire gedrag van eiwitten met oxidatieve modificaties, is computationele chemie een fundamentele pijler geworden in het brede veld van wetenschappelijk onderzoek. Dit is gebaseerd op het gebruik van theoretische modellen die in staat zijn om fysische verschijnselen in elektronische systemen te interpreteren, met behulp van wiskundige vergelijkingen om het atomaire gedrag van moleculen te beschrijven. Binnen dit landschap vallen computationele simulaties van eiwitten op als cruciale hulpmiddelen om het atomaire gedrag van moleculaire systemen te analyseren. Op basis van de evaluatie van structureel gedrag, energetische berekeningen en conformationele toestanden1, worden deze methoden strategische bondgenoten om het gedrag van biomoleculaire systemen te voorspellen.
Deze simulaties zijn gespecialiseerd in het bestuderen van structurele veranderingen en het beoordelen van het verlies of de winst van biologische functies in eiwitsystemen. Computationele benaderingen hebben echter aanzienlijke beperkingen aangetoond wanneer ze worden toegepast op eiwitsystemen die gemodificeerde residuen bevatten die zijn gevormd door covalente posttranslationele modificaties in de sequentie. Dit komt omdat veel beschikbare methoden geen middelen hebben met parameters die kunnen worden aangepast aan krachtvelden die compatibel zijn met de meest voorkomende pakketten programma's voor moleculaire dynamica-simulaties van eiwitten 2,3,4,5,6. Daarom is de standaardisatie van computationele software-compatibele krachtveldadaptieve parameters essentieel om de nauwkeurige koppeling van topologieën en atomaire coördinaten met de vergelijking die de potentiële energie van het systeem regelt te vergemakkelijken7.
Als antwoord op deze uitdagingen is een protocol ontwikkeld dat kan worden aangepast aan nieuwe gemodificeerde aminozuurresiduen met aldehyden afkomstig van lipideperoxidatie met behulp van ab initio-methoden . In die zin maakt de optimalisatie van de structurele geometrie van de nieuwe residuen de toewijzing van adaptieve ladingen aan nieuwe bindings-, hoek- en dihedrale parameters mogelijk die kunnen worden uitgevoerd in algemene krachtvelden zoals AMBER. Latere validatie van deze parameters maakt het mogelijk om de consistentie en robuustheid van de methode die van toepassing is op simulaties van moleculaire dynamica te bepalen.
Een van de opmerkelijke sterke punten van deze methode ligt in het vermogen om zich aan te passen aan diverse posttranslationele modificaties, van carbonylering tot fosforylering, acetylering en methylering, onder andere. Deze veelzijdigheid is niet alleen beperkt tot eiwitsystemen, maar strekt zich uit tot macromoleculaire structuren, waardoor koppeling met atomaire topologieën en coördinaten mogelijk is. Daarentegen blijkt uit eerdere studies dat de standaardparametrisering van posttranslationele modificaties alleen geschikt is voor een specifiek type modificatie en alleen kan worden verkregen uit gepubliceerde repositories, die niet in staat zijn om nieuwe structuren te creëren8.
Momenteel worden uitdagingen in de voorspelling en het ontwerp van eiwitstructuren steeds duidelijker bij het modelleren van structuren met posttranslationele modificaties. De schaarste aan parameters die veranderingen op specifieke aminozuurplaatsen beschrijven, onderstreept de dringende noodzaak om computationele methoden te ontwikkelen en toe te passen die kunnen worden aangepast aan standaardparametrisaties. Het doel van dit protocol is om een route te bieden voor de in silico constructie van nieuwe parameters voor aminozuren die covalent zijn gemodificeerd met reactieve carbonylsoorten afkomstig van vetzuuroxidatie. Deze gemodificeerde aminozuren worden herkend door het algemene barnsteenkrachtveld (GAFF) en kunnen daarom worden gebruikt om in silico de structurele en functionele effecten te evalueren die dit soort carbonylering heeft op hun doeleiwitten.

<table><tbody><tr><td>AmberTools16 of hoger</td><td>The Amber Project</td><td></td><td>Amber is een suite van biomoleculaire simulatieprogramma's</td></tr><tr><td>Gaussian 09 of hoger</td><td>Gaussian Inc</td><td></td><td>Teken en optimaliseer structuren</td></tr><tr><td>Linux Ubuntu</td><td>GNU/Linux</td><td></td><td>Platform voor AmberTools</td></tr><tr><td>NVIDIA GPU's GTX 1080 of hoger</td><td>Nvidia</td><td></td><td>Compatibel met PMEMD</td></tr></tbody></table>

synthese van aminozuren gemodificeerd met reactieve carbonylen in silico om structurele effecten te beoordelen met behulp van moleculaire dynamica-simulaties 

Synthesizing Amino Acids Modified with Reactive Carbonyls in Silico to Assess Structural Effects Using Molecular Dynamics Simulations

Eiwitcarbonylering door reactieve aldehyden afgeleid van lipideperoxidatie leidt tot verknoping, oligomerisatie en aggregatie van eiwitten, wat intracellulaire schade, verminderde celfuncties en uiteindelijk celdood veroorzaakt. Het is beschreven bij veroudering en verschillende leeftijdsgebonden chronische aandoeningen. De basis van structurele veranderingen die verband houden met het functieverlies in eiwitdoelen is echter nog steeds niet goed begrepen. Daarom wordt een route beschreven naar de in silico constructie van nieuwe parameters voor aminozuren gecarbonyleerd met reactieve carbonylsoorten afgeleid van vetzuuroxidatie. De Michael-adducten voor Cys, His en Lys met 4-hydroxy-2-nonenal (HNE), 4-hydroxy-2-hexenal (HHE) en een furaanringvorm voor 4-Oxo-2-nonenal (ONE) werden gebouwd, terwijl malondialdehyde (MDA) direct aan elk residu werd gehecht. Het protocol beschrijft details voor de constructie, optimalisatie van de geometrie, toewijzing van ladingen, ontbrekende bindingen, hoeken, parameters voor dihedrale hoeken en de validatie ervan voor elke gewijzigde residustructuur. Als gevolg hiervan zijn de structurele effecten die worden geïnduceerd door de carbonylering met deze lipidederivaten gemeten door moleculaire dynamicasimulaties op verschillende eiwitsystemen zoals het thioredoxine-enzym, runderserumalbumine en het membraan Zu-5-ankyrin-domein waarbij gebruik wordt gemaakt van wortel-gemiddelde-kwadraatafwijking (RMSD), wortelgemiddelde kwadratische fluctuatie (RMSF), structurele secundaire voorspelling (DSSP) en de oplosmiddeltoegankelijke oppervlakteanalyse (SASA), onder andere.

Om de implementatie van het protocol te illustreren en de resultaten te evalueren, zullen de volgende analyses worden overwogen. De dataset die werd gegenereerd door het toekennen van nieuwe parameters aan gemodificeerde aminozuurresiduen werd geconstrueerd op basis van optimalisatie van de elektronische structuren, die werden ondersteund voor gedeeltelijke RESP-belastingen. Figuur 9 toont de structurele conformatie van een van de aminozuurresiduen, geoptimaliseerd met de parametertoewijzing.
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66605/66605fig09.jpg"> Figuur 9: Cys-HHE-residu gesynthetiseerd in silico. Weergave van HHE-gemodificeerd cysteïne-aminozuur met toegewezen topologie en coördinatenparameters. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66605/66605fig09large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
De structuren verkregen uit theoretische DFT-niveaus met M062X/6-31G werden vergeleken met de klassieke mechanische structuren door middel van moleculaire dynamica-simulaties in AMBER. Elk van de parameters die uit de simulaties werden verkregen, vertoonde een goede correlatie met de theoretische gegevens uit de kwantummechanica. De gemiddelde bindingsafstandsfouten vertoonden waarden van ongeveer 0,001 - 0,002 Å, terwijl de hoeken ~ 8,2 ° waren. De typologie, afstanden en constanten van bindingen en hoeken zijn vermeld in tabel 1. Deze gegevens waren vergelijkbaar met die gerapporteerd in het data-artikel van Alviz-Amador et al.9. Parameterbestanden zijn beschikbaar op http://research.bmh.manchester.ac.uk/bryce/amber/.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="7">Cys-HHE</td>
		</tr><tr><td rowspan="2">Methoden</td>
			<td colspan="3">Obligatie</td>
			<td colspan="3">Hoek</td>
		</tr><tr><td colspan="3">(Å, ± Stdev)</td>
			<td colspan="3">(°, ± Stdev)</td>
		</tr><tr><td>QM</td>
			<td>S1 –C4</td>
			<td>C6-C8</td>
			<td>C8-C9</td>
			<td>S1-C4-C5</td>
			<td>O2-C6-C8</td>
			<td>C6-C8-C9</td>
		</tr><tr><td>(M062X/631G(D)</td>
			<td>1.82</td>
			<td>1.52</td>
			<td>1.53</td>
			<td>115.9</td>
			<td>109.25</td>
			<td>112.21</td>
		</tr><tr><td rowspan="2">MM (AMBER) aa alleen</td>
			<td>1,85±</td>
			<td>1,55±</td>
			<td>1,54±</td>
			<td>111,66±</td>
			<td>109,77±</td>
			<td>113.16±</td>
		</tr><tr><td>0.002</td>
			<td>0.002</td>
			<td>0.002</td>
			<td>0.152</td>
			<td>0.14</td>
			<td>0.148</td>
		</tr></tbody></table>Tabel 1: Vergelijking van bindingsafstand en hoekparameters. De waarden van bindingsafstanden en hoek verkregen door kwantum (QM) en klassieke methoden vertoonden geen significante verschillen.
Nadat elk van de parameters voor de gemodificeerde aminozuurresiduen was gegenereerd en gevalideerd, werd het dynamische gedrag onderzocht door middel van moleculaire dynamicasimulaties met trajecten van 1 μs om het effect op de stabiliteit van elk residu te evalueren in vergelijking met zijn oorspronkelijke tegenhanger (Figuur 10). De RMSD-waarden die voor elk van de gemodificeerde aminozuren werden verkregen, vertoonden geen significante verschillen met hun oorspronkelijke tegenhanger en ze behielden hun conformationele stabiliteit gedurende het hele traject.
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66605/66605fig10.jpg"> Figuur 10: RMSD-grafiek van gesynthetiseerde residuen in silico. Representatieve RMSD van niet-gemodificeerd en gemodificeerd cysteïneresidu met HHE, HNE, MDA en ONE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66605/66605fig10large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
De bestanden die het resultaat zijn van de parametrisering van gemodificeerde aminozuurresiduen zijn gebruikt om natuurlijke structurele aminozuren te vervangen in eiwitten die experimenteel bewijs van carbonylering hebben. Deze substitutie werd uitgevoerd om de structurele en functionele effecten te evalueren die in het eiwit kunnen optreden als gevolg van deze modificaties. Het was gerapporteerd door in silico studies van carbonylering door reactieve carbonylsoorten op eiwitsystemen zoals Ankyrin en Thioredoxin10,11.

Hier beschrijven we een protocol voor de optimalisatie en parametrisering van aminozuurresiduen gemodificeerd met reactieve carbonylsoorten, aanpasbaar aan eiwitsystemen. De protocolstappen omvatten structuurontwerp en -optimalisatie, ladingstoewijzingen, parameterconstructie en voorbereiding van eiwitsystemen.

Synthese van aminozuren gemodificeerd met reactieve carbonylen in silico om structurele effecten te beoordelen met behulp van moleculaire dynamica-simulaties 

Protein carbonylation by reactive aldehydes derived from lipid peroxidation leads to cross-linking, oligomerization, and aggregation of proteins, causing ...

Ons werk toont een route voor de in silico creatie van gecarbonyleerde aminozuren met eindproducten van lipideperoxidatie en hoe deze in een eiwit kunnen worden opgenomen. Dit kan ons helpen begrijpen hoe deze post-translationele modificatie de structurele functie van gecarbonyleerde eiwitten kan veranderen. Programma's op basis van kunstmatige intelligentie-algoritmen zijn tegenwoordig de krachtigste rekeninstrumenten voor het voorspellen van de tertiaire structuur van eiwitten.Ze herkennen echter nog geen gecarbonyleerde aminozuren en daarom kunnen ze hun effecten op de eiwitstructuur niet voorspellen. Om de impact van posttranslationele modificatie op de structuur en functie van een eiwit te bestuderen, is een breed scala aan parametermethoden beschikbaar die worden gecombineerd met computationele benaderingen om de gewenste bevinding te versnellen en te verdiepen. Er zijn belangrijke uitdagingen die moeten worden aangepakt bij de studie van posttranslationele modificatie van eiwitten, zowel in vivo, in vitro en in silico.Op in silico niveau is de verbetering van krachtvelden en data-analyseprogramma's nog steeds nodig, samen met het creëren van nieuwe parameters. Vanwege de toename van gecarbonyleerde eiwitten bij metabole infecties en verouderingsgerelateerde ziekten, naast vele andere, kunnen onze resultaten bijdragen aan het begrijpen van de structurele verandering die hierin optreedt en hoe dit de functie in silico kan beïnvloeden

synthesizing-amino-acids-modified-with-reactive-carbonyls-silico-to

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Biochemie

Een nieuw computationeel systeem met GPU-versnelde moleculaire dynamica simulatie en 3D/VR visualisatie, analyse en manipulatie van nanostructuren is geïmplementeerd, wat een nieuwe aanpak vertegenwoordigt om materiaalonderzoek te bevorderen en innovatief onderzoek en alternatieve methoden te promoten om te leren over materiaalstructuren met afmetingen die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog.

Nieuw 3D / VR interactieve omgeving voor MD simulaties, visualisatie en analyse

Dit artikel rapporteert de nanomateriaalfabricage van een fullereen Si-substraat, geïnspecteerd en geverifieerd door nanometingen en moleculaire dynamische simulatie.

probing C<sub&gt; 84</sub&gt; Ingebedde Si-substraat met behulp van Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

Hier presenteren we een protocol om de kracht van de interacties tussen een goed gedefinieerde anorganische oppervlak en ofwel peptiden of aminozuren door single-molecule force spectroscopy metingen te meten met behulp van een atomic force microscope (AFM). De resultaten van de meting informatie is belangrijk voor een beter begrip van het peptide-anorganisch materiaal interfase.

Inzicht in de interacties van aminozuren en peptiden met anorganische materialen met behulp van enkel-molecuul Force Spectroscopie

Structuren van supramoleculaire eiwit samenstellingen met atomaire resolutie zijn van groot belang vanwege hun cruciale rol in een verscheidenheid van biologische fenomenen. Hierin presenteren wij een protocol voor het uitvoeren van high-resolution structurele studies op onoplosbare en niet-kristallijne macromoleculaire eiwit samenstellen door magie-angle spinning solid-state nucleaire magnetische resonantie spectroscopie (MAS SSNMR).

Atoomschaal structurele Studies van macromoleculaire samenstellen door Solid-state nucleaire magnetische resonantie spectroscopie

Een protocol voor de synthese van een 1,2-dithiolane gemodificeerde peptide en de karakterisatie van de supramoleculaire structuren die voortvloeien uit de peptide zelf-assemblage.

Synthese en karakterisering van 1,2-Dithiolane gemodificeerde zelfassemblerende Peptides

Dit protocol beschrijft de covalente immobilisatie van eiwitten met een heterobifunctional silane koppelmiddel op siliciumoxide oppervlakken ontworpen voor de atomaire kracht microscopie gebaseerd enkel molecuul kracht spectroscopie die wordt geïllustreerd door de interactie van RrgA (pilus-1 tip antistoffen van S. pneumoniae) met fibronectine.

Covalente immobilisatie van eiwitten voor de enkel molecuul Force spectroscopie

Een protocol wordt gepresenteerd voor de synthese van informatie-gecodeerde peptoid oligomeren en voor de sequentie-gerichte zelfassemblage van deze peptoids in moleculaire ladders met behulp van amines en aldehyden als dynamische covalente reactant paren en Lewis zure zeldzame aarde metalen triflates als multi-role reagentia.

Synthese van informatiedragende Peptoids en hun reeks-geleide Dynamische Covalent Zelfassemblage

Het doel van dit protocol is om moleculaire dynamica simulaties te gebruiken om de dynamische structurele veranderingen die optreden als gevolg van activerende mutaties van het EGFR kinase eiwit te onderzoeken.

Het ontcijferen van de structurele effecten van het activeren van EGFR-somatische mutaties met moleculaire dynamicasimulatie

Het structurele ensemble van monomeer alfa-synucleïne beïnvloedt de fysiologische functie en fysisch-chemische eigenschappen. Het huidige protocol beschrijft hoe milliseconde waterstof/deuterium-uitwisseling massaspectrometrie en daaropvolgende data-analyses kunnen worden uitgevoerd om conformatie-informatie over het monomeer van dit intrinsiek ongeordende eiwit onder fysiologische omstandigheden te bepalen.

Milliseconde waterstof/deuterium-uitwisseling massaspectrometrie voor de studie van alfa-synucleïne structurele dynamica onder fysiologische omstandigheden

Het huidige protocol maakt gebruik van een biomoleculair simulatiepakket en beschrijft de moleculaire dynamica (MD) benadering voor het modelleren van het wild-type caspase en zijn mutante vormen. De MD-methode maakt het mogelijk om de dynamische evolutie van de caspasestructuur en het potentiële effect van mutaties of posttranslationele modificaties te beoordelen.

Onderzoek naar Caspase-mutaties en posttranslationele modificatie door moleculaire modelleringsbenaderingen

Ontdek in silico-synthese van met reactieve carbonylen gemodificeerde aminozuren om structurele effecten op eiwitten te evalueren via moleculaire dynamica-simulaties.

Synthese van aminozuren gemodificeerd met reactieve carbonylen in silico om structurele effecten te beoordelen met behulp van moleculaire dynamica-simulaties (Video) | JoVE Journal

Synthese van aminozuren gemodificeerd met reactieve carbonylen in silico om structurele effecten te beoordelen met behulp van moleculaire dynamica-simulaties

Meer video's verkennen