BRACO19の結合経路を、AMBER DNA OL15およびリガンドGAFF2力場を使用した分子動力学結合シミュレーションを使用して、平行したヒトテロメアGカドルプレックスに調査する

ヒトのテロメアDNA Gカドルプレックスは、癌治療における優れた治療標的として特定されています。g-quadruplexを安定化するG四重鎖特異的リガンドは、抗がん剤として開発される可能性が非常に高い。2つの結晶構造（強力なg-quadruplexリガンドであるBraco19との複雑な平行鎖のヒトテロメアg四重鎖とそのホロ形式のapo形式）が解決されましたが、結合メカニズムと経路はとらえどころのないままです。この研究では、最新のAmber DNA（OL15）およびリガンド（GAFF2）力場を使用して、遊離BRACO19分子のAPO形式G-Quadruplexへの結合をシミュレートしました。3つの結合モードが特定されています：上部スタッキング、底部の挿入、および溝結合。底部のインターカレーション（人口の51％）は、複雑な結晶構造の底部結合ポーズに非常によく似ています。グルーブ結合モードは、底部結合モードよりも安定性が低く、底部の結合モードにつながる中間状態である可能性があります。底部のインターカレーションモードではフリップ挿入メカニズムが観察され、その間に塩基の反転がリガンド挿入のためのスペースを作り、その後、塩基が反転して複合体の安定性を高めます。リガンド結合時のいくつかのループ残基のベースフリッピング挙動を再現することに加えて、ATAT-Tetradの直接アライメントタイプが初めてシミュレーションで観察されました。これらの成功は、OL15とGAFF2の力場のこの組み合わせを使用して、四重鎖リガンド相互作用を研究するための初期サポートを提供します。

Human telomeric DNA G-quadruplex has been identified as a good therapeutic target in cancer treatment. G-quadruplex-specific ligands that stabilize the G-quadruplex have great potential to be developed as anticancer agents. Two crystal structures (an apo form of parallel stranded human telomeric G-quadruplex and its holo form in complex with BRACO19, a potent G-quadruplex ligand) have been solved, yet the binding mechanism and pathway remain elusive. In this study, we simulated the binding of a free BRACO19 molecule to the apo form of the G-quadruplex using the latest AMBER DNA (OL15) and ligand (GAFF2) force fields. Three binding modes have been identified: top stacking, bottom intercalation, and groove binding. Bottom intercalation (51% of the population) resembles the bottom binding pose in the complex crystal structure very well. The groove binding mode is less stable than the bottom binding mode and is likely to be an intermediate state leading to the bottom binding mode. A flip-insertion mechanism was observed in the bottom intercalation mode, during which flipping of the bases outward makes space for ligand insertion, after which the bases flip back to increase the stability of the complex. In addition to reproducing the base-flipping behavior for some loop residues upon ligand binding, the direct alignment type of the ATAT-tetrad was observed in our simulations for the first time. These successes provide initial support for using this combination of the OL15 and GAFF2 force fields to study quadruplex-ligand interactions.