リガンド結合および癌関連変異によるp53トランス活性化ドメイン立体構造の変調

本質的に無秩序なタンパク質（IDP）は重要な機能性タンパク質であり、それらの規制緩和は癌を含む多くのヒト疾患に関連しています。IDPの不均一な構造アンサンブルの詳細な特性評価が必要であるため、IDPのシーケンス散布のアンサンブル機能障害の関係をどのように摂取できるかを理解することが、IDPのシーケンス散布のアンサンブル機能障害関係が困難なままです。この作業では、最新の原子力フィールドA99SB-DISP、強化されたサンプリングテクニックレプリカ交換と溶質強化、およびGPUアクセラ化された分子動力学シミュレーションを組み合わせて、4つのがん関連変異、K24N、N29K/N30D、D49Y、およびW53G、および抗がん分子であるエピガロカテキン腹劇（EGCG）の結合は、腫瘍抑制因子p53のトランス活性化ドメイン（TAD）の無秩序なアンサンブルを調節します。レプリカあたり1.0μsを超える広範なサンプリングを通じて、EGCGの存在下での野生型および変異体P53-TADの十分に構成された構造アンサンブル、およびWT P53-TADが生成されました。結果は、変異体が局所的な構造変化を誘発し、二次構造特性に影響を与える可能性があることを明らかにしています。興味深いことに、EGCG結合とN29K/N30Dの両方は、長距離構造の再編成を誘導し、p53-TADレギュレーターの主要な結合部位を保護できるよりコンパクトな構造につながる可能性があります。さらなる分析により、EGCG結合の効果は主に非特異的相互作用によって達成されることが明らかになりました。これらの観察結果は、一般に、進行中のNMR研究および結合アッセイと一致しています。私たちの研究は、誘導された立体構造崩壊が機能部位を保護するための一般的なメカニズムであり、したがって標的の認識を阻害する可能性があることを示唆しています。現在の研究では、AtomisticシミュレーションがIDPのシーケンス障害アンサンブル機能障害関係を研究し、調節IDPを標的とする新薬設計戦略の開発において実行可能なアプローチを提供することも実証しています。

Intrinsically disordered proteins (IDPs) are important functional proteins, and their deregulation are linked to numerous human diseases including cancers. Understanding how disease-associated mutations or drug molecules can perturb the sequence-disordered ensemble-function-disease relationship of IDPs remains challenging, because it requires detailed characterization of the heterogeneous structural ensembles of IDPs. In this work, we combine the latest atomistic force field a99SB-disp, enhanced sampling technique replica exchange with solute tempering, and GPU-accelerated molecular dynamics simulations to investigate how four cancer-associated mutations, K24N, N29K/N30D, D49Y, and W53G, and binding of an anti-cancer molecule, epigallocatechin gallate (EGCG), modulate the disordered ensemble of the transactivation domain (TAD) of tumor suppressor p53. Through extensive sampling, in excess of 1.0 μs per replica, well-converged structural ensembles of wild-type and mutant p53-TAD as well as WT p53-TAD in the presence of EGCG were generated. The results reveal that mutants could induce local structural changes and affect secondary structural properties. Interestingly, both EGCG binding and N29K/N30D could also induce long-range structural reorganizations and lead to more compact structures that could shield key binding sites of p53-TAD regulators. Further analysis reveals that the effects of EGCG binding are mainly achieved through nonspecific interactions. These observations are generally consistent with on-going NMR studies and binding assays. Our studies suggest that induced conformational collapse of IDPs may be a general mechanism for shielding functional sites, thus inhibiting recognition of their targets. The current study also demonstrates that atomistic simulations provide a viable approach for studying the sequence-disordered ensemble-function-disease relationships of IDPs and developing new drug design strategies targeting regulatory IDPs.