STAT3を阻害するように設計されたペプチド模倣薬の結合モード

STAT3は、多くのヒトがんで構成的に活性化されることがわかった転写因子です。SH2ドメインを介したSTAT3の二量体化とその後のダイマーの核への転座は、抗アポトーシス遺伝子の転写につながります。したがって、二量体化の予防は、STAT3の活性を阻害するための魅力的な戦略です。PTYR-XAA-YAA-GLNモチーフを模倣し、結合の親和性から強いものを模倣したホスホチロシンベースのペプチド模倣阻害剤は、以前に調査されています。タンパク質阻害剤複合体の構造が結合相互作用を理解し、より強力な阻害剤を設計するために重要であることはよく知られています。ただし、STAT3のSH2ドメインに結合した阻害剤の実験構造は利用できません。このホワイトペーパーでは、分子ドッキングと分子動力学を組み合わせて、STAT3のSH2ドメインに結合した12個のペプチド模倣阻害剤の構造をモデル化する計算研究について説明します。モデル化された構造の詳細な分析を実行して、結合相互作用の特性を評価しました。また、MMPB/GBSAベースのエネルギーと結合のエントロピーコストを組み合わせることにより、阻害剤の結合親和性を推定しました。推定された親和性は、実験的に得られた親和性と強く相関しています。モデリング結果は、SH2ドメインとホスホチロシン（PTYR）ベースの阻害剤を含む結合相互作用に関する限られた以前のモデリング研究と一致する結合モードを示しています。また、SH2ドメインの2つのループの変形を含む安定した新規結合モードを発見し、その後、より強力な阻害剤の1つのC末端を埋めます。新規結合モードは、がん標的タンパク質STAT3の二量体化を防ぐことを目的としたより強力な阻害剤の開発に役立つことが証明できます。

STAT3 is a transcription factor that has been found to be constitutively activated in a number of human cancers. Dimerization of STAT3 via its SH2 domain and the subsequent translocation of the dimer to the nucleus leads to transcription of anti-apoptotic genes. Prevention of the dimerization is thus an attractive strategy for inhibiting the activity of STAT3. Phosphotyrosine-based peptidomimetic inhibitors, which mimic pTyr-Xaa-Yaa-Gln motif and have strong to weak binding affinities, have been previously investigated. It is well-known that structures of protein-inhibitor complexes are important for understanding the binding interactions and designing stronger inhibitors. Experimental structures of inhibitors bound to the SH2 domain of STAT3 are, however, unavailable. In this paper we describe a computational study that combined molecular docking and molecular dynamics to model structures of 12 peptidomimetic inhibitors bound to the SH2 domain of STAT3. A detailed analysis of the modeled structures was performed to evaluate the characteristics of the binding interactions. We also estimated the binding affinities of the inhibitors by combining MMPB/GBSA-based energies and entropic cost of binding. The estimated affinities correlate strongly with the experimentally obtained affinities. Modeling results show binding modes that are consistent with limited previous modeling studies on binding interactions involving the SH2 domain and phosphotyrosine(pTyr)-based inhibitors. We also discovered a stable novel binding mode that involves deformation of two loops of the SH2 domain that subsequently bury the C-terminal end of one of the stronger inhibitors. The novel binding mode could prove useful for developing more potent inhibitors aimed at preventing dimerization of cancer target protein STAT3.