1. Interakcije biotehnološko relevantnih encimov : magistrsko deloBarbara Grabrovec, 2019, magistrsko delo Opis: Encimi so protein, ki pospešujejo biokemijske in kemijske reakcije. Njihove interakcije z ligandi so ključnega pomena za številne biokemične interakcije, ki uravnavajo življenje. Uporabljajo se v biotehnologiji, pri analitskih procesih, v človeški in živalski terapiji (za zdravila) ter v različnih industrijskih procesih, kamor spadajo tekstilna industrija, usnjarska industrija, farmacija, živilska industrija in druge. Kljub vsem dobrim lastnostim encimov, njihovo široko industrijsko uporabo pogosto ovirajo kratkotrajna stabilnost, rok uporabe ter njihova nepopolna regeneracija in ponovna uporaba. Te pomanjkljivosti lahko na splošno odpravimo z imobilizacijo encimov. V zadnjih letih so se pojavile podatkovne baze, ki vsebujejo podatke o interakcijah protein-ligand, kar je pripomoglo k razumevanju funkcij novo odkritih proteinov. Razvile so se številne nove računalniške metode, ki lahko uporabijo informacije shranjenih interakcij, da napovedo nove neznane interakcije. Najpogosteje uporabljena metoda za modeliranje interakcij je metoda molekulskega sidranja, ki se uporablja za simuliranje interakcije med majhno molekulo in proteinom na atomski ravni in nam opiše obnašanje majhne molekule v vezavnem mestu encima.
V magistrskem delu smo s pomočjo programa molekulskega sidranja na encime vezali nizkomolekularne ligande. Strukture encimov smo pridobili v spletni bazi PDB, datoteke ligandov pa v spletni podatkovni bazi ZINC15. Kot rezultat smo dobili strukture ligandov, ki so se najmočneje vezali in njihovo energijo vezave. Rezultate smo pregledali s programoma Excel in Pymol, kjer smo videli 3D slike ligandov, ki so se na naše encime vezali z najnižjo energijo.
Ključne besede: encim, ligand, imobilizacija, biotehnologija, molekularno modeliranje, molekulsko sidranje
Objavljeno v DKUM: 18.10.2019; Ogledov: 1589; Prenosov: 118
 Celotno besedilo (2,83 MB) |
2. Računalniško načrtovanje terapevtskih proteinov : diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnjeŽan Smrekar, 2019, diplomsko delo Opis: Z uporabo računalniških programov in simulacij lahko predvidimo in predstavimo situacijo iz resničnega sveta oziroma se ji precej približamo. Kompleksnejše simulacije modelirajo potek interakcij, ki so ključne pri razumevanju delovanja in razvoju novih zdravilnih učinkovin. Pri zdravljenju rakavih bolezni postaja vse pomembnejša uporaba imunoterapije, kjer gre za pristop k zdravljenju raka z uporabo terapevtskih proteinov oziroma bioloških zdravil, ki izboljšajo in obnovijo človeški imunski sistem. Med biološka telesa spadajo tudi monoklonska protitelesa (rituksimab, pembrolizumab, obinutuzumab ...), ki lahko delujejo na različne načine. Pogosto se uporabljajo kot inhibitorji rakastih celic, agonisti ali signalne molekule. Protitelesa delujejo v zdravstvu popolnoma zadovoljivo, vendar obstajajo primeri, ko ne dosežejo želenega učinka in imajo negativne stranske učinke. Zaradi takšnih primerov se v uporabo vključujejo novi terapevtski proteini afimeri. V primerjavi s protitelesi gre za manjše proteine, ki se vežejo na tarčne molekule s podobno afiniteto in jih generirajo ter proizvajajo s procesi, za katere ne potrebujejo živih organizmov.
V diplomski nalogi smo se osredotočili na protitelesa, ki tarčno delujejo na receptor CD20, izražen na površini limfocitov B. Naša naloga je bila računalniško načrtovati terapevtski protein afimer s podobno vezavo in afiniteto.
Problema smo se lotili s pomočjo računalniških programov. Ustrezna monoklonska protitelesa smo poiskali z uporabo spletnega strežnika ProBiS. Za analizo in grafični pregled vezavnih mest smo uporabili računalniški program PyMol in za modeliranje končne konformacije afimera vključili vtičnik PyMod 2.0.
V diplomskem delu je prikazano računalniško modeliranje afimera, ki se veže na epitop človeškega receptorja CD20 s podobno afiniteto, kot je vezava med receptorjem in protitelesi.
Ključne besede: imunoterapija, monoklonska protitelesa, afimer, receptor CD20, PyMol, ProBiS
Objavljeno v DKUM: 10.10.2019; Ogledov: 1654; Prenosov: 209
Celotno besedilo (5,92 MB) |
3. Načrtovanje in razvoj novih protimikrobnih spojin z uporabo ProBiS računalniških pristopovKatarina Kores, 2018, magistrsko delo Opis: Mikroorganizmi, kamor uvrščamo bakterije, glive in viruse, še danes povzročajo veliko bolezni, učinkovitost zdravil pa zaradi večanja odpornosti mikroorganizmov upada. Zato je iskanje novih protimikrobnih spojin izredno pomembno. V magistrski nalogi smo se osredotočili na encim metionin aminopeptidazo, katerega naloga je pospeševanje odstranjevanja N-terminalnega metionina v procesu translacije. Njegova inhibicija bi namreč lahko predstavljala zametke zdravljenja raka in bakterijskih infekcij, saj se encim v različnih tipih nahaja v več mikroorganizmih; mi smo osredotočili na bakteriji Escherichia coli in Mycobacterium tuberculosis.
Encim metionin aminopeptidaza v vezavnem mestu vsebuje dva kovinska iona. Posledično smo se osredotočili na iskanje novih potencialnih protimikrobnih spojin, ki imajo sposobnost keliranja. Keliranje oziroma kelacijski efekt predstavlja koordinativno vezavo liganda na kovinski atom z vsaj dvema koordinacijskima vezema, pri procesu kelacije pa se ustvari 5- ali 6-členski obroč.
Problema smo se lotili s pomočjo računalniškega modeliranja, ki se vedno pogosteje uporablja pri razvoju novih zdravil. Nove protimikrobne spojine smo iskali s tehniko molekulskega sidranja, ki smo ga izvajali z računalniškim programom, ki ga razvijajo v Laboratoriju za molekularno modeliranje na Kemijskem inštitutu.
Iz podatkovne baze ZINC smo pripravili bazo ligandov, sposobnih kelacije, z večstopenjskim filtriranjem malih molekul glede na njihove SMARTS opise. Prav tako smo pripravili proteinske strukture metionin aminopeptidaze za oba organizma in koordinate vezavnih mest.
Pridobili smo 19 novih spojin, ki so kazale velik potencial za inhibicijo encima na osnovi kelatnega efekta.
Ključne besede: protimikrobne spojine, metinonin aminopeptidaza, kelatni efekt, ProBiS, molekulsko sidranje
Objavljeno v DKUM: 04.12.2018; Ogledov: 1343; Prenosov: 131
Celotno besedilo (2,17 MB) |
4. Racionalno načrtovanje potencialnih antidepresivov iz skupine reverzibilnih inhibitorjev monoamin-oksidaze AMarko Breznik, 2017, diplomsko delo Opis: Klinična depresija je poglaviten vzrok invalidnosti in pomemben dejavnik tveganja za samomor, ki je nadpovprečno pogost vzrok smrti v Sloveniji. Kljub zahtevnosti se motnja lahko zdravi uspešno in ima dobro prognozo. Antidepresivi se za zdravljenje depresije in drugih motenj uporabljajo vse pogosteje; navkljub obsežnim raziskavam pa za ta zdravila še vedno obstajajo številne možnosti izboljšav.
Antidepresivi iz skupine reverzibilnih inhibitorjev monoamin-oksidaze A (RIMA) so bili doslej zapostavljeni zaradi pogostega enačenja s skupino antidepresivnih zdravil, ki so se na encim monoamin-oksidazo (MAO) vezali ireverzibilno in s tem povzročali smrtno nevarne interakcije s hrano. RIMA predstavljajo drugo generacijo antidepresivov z encimskim delovanjem in teh interakcij ne povzročajo, prav tako imajo bistveno zmanjšano tveganje interakcij z drugimi zdravili. Na osnovi dobre učinkovitosti, varnosti, ugodnega profila stranskih učinkov ter pomanjkanja predstavnikov te skupine na trgu, smo se v diplomskem delu osredotočili na racionalno načrtovanje antidepresivov tipa RIMA.
Harmin je naravna spojina s tradicionalno rabo kot RIMA. Po strukturi predstavlja majhno, rigidno molekulo z dobro absorpcijo, penetracijo krvno-možganske pregrade in nanomolarno inhibitorno koncentracijo MAOA, vendar zaradi pomanjkanja selektivnosti delovanja povzroča številne stranske učinke.
Reševanja problematike smo se lotili po treh pristopih. Zdravilom-podobne substance smo razvrstili po strukturni podobnosti derivatu harmina, ki tvori dodatne interakcije v lipofilnem žepku aktivnega mesta in ima in vitro izboljšano afiniteto za MAOA. Najbolj podobne molekule smo sidrali v tarčo in jih razvrstili po oceni vezavne energije. Kot rezultat prvega pristopa navajamo 100 tarči najbolje prilegajočih se molekul, za katere lahko pričakujemo spremembe v delovanju na sekundarnih mestih; vezava na MAOA pa je (vsaj in sillico) ohranjena.
Struktura 15 najboljših ujemanj prvega pristopa nakazuje dobre farmakokinetične lastnosti. Iz njih smo vzeli fragmente, ki segajo v lipofilni žepek, ter jih inkorporirali na ogrodje harmina. S tem smo pridobili nabor strukturnih derivatov harmina za bodoče in vitro študije in obogatili znanje o povezavi struktura-aktivnost za RIMA. Za derivate harmina, ki so rezultati drugega pristopa, predvidevamo izboljšano vezavo in s tem povezano višjo selektivnost delovanja. Zadnji pristop pa je temeljil na iskanju ligandov iz drugih podobnih kristalnih struktur na redefiniranem vezavnem mestu.
Priporočene so variante uporabe in usmerjenega razvoja harmala alkaloidov v druge zdravstvene namene. Zlasti inovativno je zdravljenje Downovega sindroma in Alzheimerjeve bolezni z inhibicijo DYRK1A-kinaze.
Ključne besede: harmin, zaviralci, antidepresivi, racionalno načrtovanje, in silico, monoamin-oksidaza, MAO, RIMA
Objavljeno v DKUM: 03.08.2017; Ogledov: 1939; Prenosov: 143
Celotno besedilo (4,11 MB) |
5. Scaffold hopping and bioisosteric replacements based on binding site alignmentsSamo Lešnik, Janez Konc, Dušanka Janežič, 2016, izvirni znanstveni članek Opis: Bioisosteric replacements and scaffold hopping play an important role in modern drug discovery and design, as they enable the change of either a core scaffold or substitutes in a drug structure, thereby facilitating optimization of pharmacokinetic properties and patenting, while the drug retains its activity. A new knowledge-based method was developed to obtain bioisosteric or scaffold replacements based on the extensive data existing in the Protein Data Bank. The method uses all-against-all ProBiS-based protein superimposition to identify ligand fragments that overlap in similar binding sites and could therefore be considered as bioisosteric replacements. The method was demonstrated on a specific example of drug candidate – a nanomolar butyrylcholinesterase inhibitor, on which bioisosteric replacements of the three ring fragments were performed. The new molecule containing bioisosteric replacements was evaluated virtually using AutoDock Vina; a similar score for the original and the compound with replacements was obtained, suggesting that the newly designed bioisostere compound might retain the potency of the original inhibitor.
Ključne besede: bioisosteres, scaffold hopping, protein alignment, ProBiS, drug design, analysis methods, matter structure, modelling
Objavljeno v DKUM: 05.07.2017; Ogledov: 1237; Prenosov: 431
Celotno besedilo (2,30 MB)
Gradivo ima več datotek! Več... |
6. Ligand-based virtual screening interface between PyMOL and LiSiCAAthira Dilip, Samo Lešnik, Tanja Štular, Dušanka Janežič, Janez Konc, 2016, izvirni znanstveni članek Opis: Ligand-based virtual screening of large small-molecule databases is an important step in the early stages of drug development. It is based on the similarity principle and is used to reduce the chemical space of large databases to a manageable size where chosen ligands can be experimentally tested. Ligand-based virtual screening can also be used to identify bioactive molecules with different basic scaffolds compared to already known bioactive molecules, thus having the potential to increase the structural variability of compounds. Here, we present an interface between the popular molecular graphics system PyMOL and the ligand-based virtual screening software LiSiCA available at http://insilab.org/lisica-plugin and demonstrate how this interface can be used in the early stages of drug discovery process.
Ključne besede: LiSiCa, PyMOL, informatics, applications
Objavljeno v DKUM: 27.06.2017; Ogledov: 1251; Prenosov: 371
Celotno besedilo (1,26 MB)
Gradivo ima več datotek! Več... |
7. Role of magnesium ions in the reaction mechanism at the interface between Tm1631 protein and its DNA ligandMitja Ogrizek, Janez Konc, Urban Bren, Milan Hodošček, Dušanka Janežič, 2016, izvirni znanstveni članek Opis: A protein, Tm1631 from the hyperthermophilic organism Thermotoga maritima belongs to a domain of unknown function protein family. It was predicted that Tm1631 binds with the DNA and that the Tm1631–DNA complex is an endonuclease repair system with a DNA repair function (Konc et al. PLoS Comput Biol 9(11): e1003341, 2013). We observed that the severely bent, strained DNA binds to the protein for the entire 90 ns of classical molecular dynamics (MD) performed; we could observe no significant changes in the most distorted region of the DNA, where the cleavage of phosphodiester bond occurs. In this article, we modeled the reaction mechanism at the interface between Tm1631 and its proposed ligand, the DNA molecule, focusing on cleavage of the phosphodiester bond. After addition of two Mg2+ ions to the reaction center and extension of classical MD by 50 ns (totaling 140 ns), the DNA ligand stayed bolted to the protein. Results from density functional theory quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) calculations suggest that the reaction is analogous to known endonuclease mechanisms: an enzyme reaction mechanism with two Mg2+ ions in the reaction center and a pentacovalent intermediate. The minimum energy pathway profile shows that the phosphodiester bond cleavage step of the reaction is kinetically controlled and not thermodynamically because of a lack of any energy barrier above the accuracy of the energy profile calculation. The role of ions is shown by comparing the results with the reaction mechanisms in the absence of the Mg2+ ions where there is a significantly higher reaction barrier than in the presence of the Mg2+ ions.
Ključne besede: methods of analysis, computer science, magnesium ions, preteins, DNA
Objavljeno v DKUM: 26.06.2017; Ogledov: 1205; Prenosov: 447
Celotno besedilo (2,91 MB)
Gradivo ima več datotek! Več... |
