分子動力学シミュレーションからのポリコムCBX7タンパク質のUNC3866阻害剤の分子選択性

ポリコムCBXタンパク質は、多数のがんの発達に重要な役割を果たすクロモドメインを介して、Polycomb抑制複合体1（PRC1）をH3K27ME3の部位に標的とすることにより、遺伝子発現を調節します。UNC3866は、CBX染色体のメチルリシン（KME）読解機能の最近報告されたペプチドベースの阻害剤です（CBX2、4および6-8）。以前の実験では、UNC3866がCBX7のクロモドメインを強く結合し、他のCBX染色体よりも約20倍選択性を伴うことが示されました。ただし、CBX7に優先的に結合するUNC3866の潜在的なメカニズムはまだ不明です。この研究では、UNC3866からCBX7の阻害およびアイソフォーム選択メカニズムを研究するために、2組のマイクロ秒分子動的シミュレーション（CBX2（-UNC3866））および（CBX7（-UNC3866））を実行しました。apoおよびholo-cbx2およびcbx7の立体構造分析は、Cbx7タンパク質の芳香族ケージがCbx2タンパク質と比較してUNC3866によってより誘導される傾向があることを示しました。予測された結合自由エネルギーの結果は、前者の結合自由エネルギーが低いため、UNC3866とCBX7の結合親和性がCBX2の結合親和性よりも強かったことを示唆しています。さらに、CBX7タンパク質のUNC3866のエネルギー起源は、主により高いファンデルワールスの寄与から生まれました。結合モード分析では、CBX2のASN47がUNC3866のC末端CAPのOHグループと水素結合を形成し、CBX7のディエチルリジンの立体構造変化を誘導します。さらに、CBX2染色体のHIS39は、構造化された芳香族ケージを中断し、CBX7への結合を好むUNC3866の理由を部分的に説明しました。この選択的メカニズムの提案は、Polycomb CBXタンパク質の新規選択的阻害剤の合理的な設計に役立つ可能性があります。

Polycomb CBX proteins regulate gene expression by targeting Polycomb repressive complex 1 (PRC1) to sites of H3K27me3 via their chromodomains, which plays a key role in the development of numerous cancers. UNC3866, is a recently reported peptide-based inhibitor of the methyllysine (Kme) reading function of CBX chromodomains (CBX2, 4 and 6-8). The previous experiments showed that UNC3866 bound the chromodomains of CBX7 strongly, with ∼20-fold selectivity over other CBX chromodomains. However, the potential mechanism of UNC3866 preferentially binding to CBX7 is still unknown. In this study, we performed two pairs of microsecond molecular dynamic simulations (CBX2 (-UNC3866)) and (CBX7 (-UNC3866)) to study the inhibition and isoform-selective mechanism of UNC3866 to CBX7. The conformational analysis of apo- and holo- CBX2 and CBX7 indicated that the aromatic cage of CBX7 protein was more prone to be induced by UNC3866 relative to CBX2 protein. The results of predicted binding free energy suggested the binding affinity of UNC3866 with CBX7 was stronger than that with CBX2, because of the lower binding free energy of the former. Furthermore, the energetic origin of UNC3866 selective for CBX7 protein mainly came from the higher van der Waals contributions. The binding mode analysis showed that Asn47 of CBX2 formed a hydrogen bond with the OH group of C-terminal cap of UNC3866, inducing the conformational changes of diethyllysine of UNC3866 that is obviously different from that in CBX7. Additionally, His39 in CBX2 chromodomain interrupted the structured aromatic cage, partly explaining the reason for UNC3866 preferring for binding to CBX7. The proposal of this selective mechanism could be helpful for the rational design of novel selective inhibitors of the Polycomb CBX protein.