テルビナフィンによるスクアレンエポキシダーゼ阻害の詳細なメカニズム

スクアレンエポキシダーゼ（SE）は、エルゴステロールおよびコレステロール生合成経路の重要なフラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）依存性酵素であり、病原性真菌の成長またはコレステロールレベルの増殖を阻害するために使用される薬物の魅力的な標的です。過去30年間にアリラミン薬物活性に関する多くの研究が発表されてきましたが、これまでスクアレンエポキシダーゼ阻害の詳細なメカニズムは提示されていません。私たちの研究は、酵母Saccharomyces cerevisiaeの場合、原子分解能のそのようなモデルをもたらします。モデリング研究に起因する提示されたデータは、実験結果と非常に一致しています。S. cerevisiaeのスクアレンエポキシダーゼ（EC 1.14.99.7）の完全な原子3次元（3D）モデルは、3D審査アプローチの助けを借りて構築され、テルビナフィン耐性につながる突然変異実験から知られているデータに基づいてさらにスクリーニングされました。ドッキング研究に続いて、分子動力学シミュレーションと量子相互作用エネルギー計算[MP2/6-31G（D）]により、テルビナフィン - スケアレンエポキシダーゼ相互作用モードが同定されました。エネルギー的には、タンパク質との相互作用エネルギーをテルビナフィン化する可能性が最も高い可能性が高いです。120 kJ/mol。有利な位置では、テルビナフィン親油性部分は、その中心に向けられたtert-butylグループを備えたスクアレンエポキシダーゼ結合ポケット内に垂直に配置されています。このような位置は、SE立体構造の変化をもたらし、自然基質が酵素の活性部位に結合することができないようにします。それは、SE阻害の非競争的な方法を説明します。テルビナフィンとSEの間の最も強い相互作用は、水素結合ドナー、Tyr90のヒドロキシル基とテルビナフィンのアミン窒素原子間の水素結合に起因することがわかりました。さらに、変異がテルビナフィン耐性をもたらしたアミノ酸について、強い魅力的な相互作用が記録されました。分子レベルでテルビナフィン阻害活性のモードを解明する我々の結果は、より強力または選択的な抗真菌薬の設計や、人間のコレステロールを低下させる薬でさえも利用できます。

Squalene epoxidase (SE) is a key flavin adenine dinucleotide (FAD)-dependent enzyme of ergosterol and cholesterol biosynthetic pathways and an attractive potential target for drugs used to inhibit the growth of pathogenic fungi or to lower cholesterol level. Although many studies on allylamine drugs activity have been published during the last 30 years, up until now no detailed mechanism of the squalene epoxidase inhibition has been presented. Our study brings such a model at atomic resolution in the case of yeast Saccharomyces cerevisiae . Presented data resulting from modeling studies are in excellent agreement with experimental findings. A fully atomic three-dimensional (3D) model of squalene epoxidase (EC 1.14.99.7) from S. cerevisiae was built with the help of 3D-Jury approach and further screened based on data known from mutation experiments leading to terbinafine resistance. Docking studies followed by molecular dynamics simulations and quantum interaction energy calculations [MP2/6-31G(d)] resulted in the identification of the terbinafine-squalene epoxidase mode of interaction. In the energetically most likely orientation of terbinafine its interaction energy with the protein is ca. 120 kJ/mol. In the favorable position the terbinafine lipophilic moiety is located vertically inside the squalene epoxidase binding pocket with the tert-butyl group oriented toward its center. Such a position results in the SE conformational changes and prevents the natural substrate from being able to bind to the enzyme's active site. That would explain the noncompetitive manner of SE inhibition. We found that the strongest interaction between terbinafine and SE stems from hydrogen bonding between hydrogen-bond donors, hydroxyl group of Tyr90 and amine nitrogen atom of terbinafine. Moreover, strong attractive interactions were recorded for amino acids whose mutations resulted in terbinafine resistance. Our results, elucidating at a molecular level the mode of terbinafine inhibitory activity, can be utilized in designing more potent or selective antifungal drugs or even medicines lowering cholesterol in humans.