熱帯熱マラリア原虫 M1 アミノペプチダーゼ PfA-M1 のベスタチン阻害の経路と動態のマッピング

熱帯熱マラリア原虫由来の M1 メタロアミノペプチダーゼ、PfA-M1 は、新しい抗マラリア薬の設計にとって魅力的な薬物標的です。広域スペクトルのメタロプロテアーゼ阻害剤であるベスタチンは、PfA-M1 の中程度の阻害剤であり、薬剤設計に情報を提供するために構造と活性の関係を提供するために使用されています。活性部位内にベスタチンが結合した PfA-M1 の結晶構造が決定されました。しかし、阻害剤の動態と会合または解離経路はまだ特徴付けられていません。ここでは、2.3 μs の分子動力学シミュレーションから隠れマルコフ状態モデルを生成した全原子分子動力学の研究を紹介します。私たちの隠れマルコフ状態モデルは、PfA-M1 活性部位からのベスタチンの解離に関与するイベントを明確に示す 5 つのマクロ状態を特定します。この結果は、主にポケット内の弱い相互作用により、ベスタチンが酵素の基質特異性ポケットを回避できることを初めて示した。私たちのアプローチは、酵素内の阻害剤の関連する立体構造サンプリングと、M1 アミノペプチダーゼ スーパーファミリーの類似したメンバーを区別できる強力で選択的な阻害剤を生成するために利用できるタンパク質の動態を特定します。

The M1 metallo-aminopeptidase from Plasmodium falciparum, PfA-M1, is an attractive drug target for the design of new antimalarials. Bestatin, a broad-spectrum metalloprotease inhibitor, is a moderate inhibitor of PfA-M1, and has been used to provide structure-activity relationships to inform drug design. The crystal structure of PfA-M1 with bestatin bound within its active site has been determined; however, dynamics of the inhibitor and the association or dissociation pathway have yet to be characterized. Here we present an all-atom molecular dynamics study where we have generated a hidden Markov state model from 2.3 μs of molecular dynamics simulation. Our hidden Markov state model identifies five macrostates that clearly show the events involved in bestatin dissociation from the PfA-M1 active site. The results show for the first time that bestatin can escape the substrate specificity pockets of the enzyme, primarily due to weak interactions within the pockets. Our approach identifies relevant conformational sampling of the inhibitor inside the enzyme and the protein dynamics that could be exploited to produce potent and selective inhibitors that can differentiate between similar members of the M1 aminopeptidase superfamily.