Hekzokinazda Türe Özgü Allosterik İnhibitörlerin Tasarlanması ve ST2 Reseptörü için İnhibisyon Gücünün Arttırılması İçin Allosterik Alanların Tespiti

Abstract

Milyonlarca insanı enfekte eden antimalaryal dirençli parazitlerin neden olduğu hastalıkları tedavi etmek için türlere özgü ilaçların geliştirilmesi literatürde vurgu bulmuştur. Glikolitik yol, hücrenin en temel enerji kaynağı olduğundan, bu yoldaki enzimler potansiyel ilaç hedefleri haline gelmiştir. Ancak, önerilen ilaç adayları insan türünde aynı enzimleri inhibe etmemelidir. Buna göre, allosterik inhibitörler, enfekte eden türe ait enzimlerdeki evrimsel olarak en az korunan alanları hedefledikleri için alternatif hale gelirler. Tezin ilk proteini, Plasmodium vivax heksokinazındaki alternatif potansiyel ve spesifik allosterik bölgelerin tanımlanması ve analiziydi. Bu tezde araştırılan ikinci sistem, enfeksiyon, inflamasyon ve alerji sırasında tip 2 bağışıklık tepkilerinde önemli bir sitokin olan İnterlökin-33'e (IL-33) odaklanmıştır. Amaç, IL-33 ile etkileşimini engellemek ve böylece bağışıklık aktivasyonunu düzenlemek için reseptörü ST2'yi inhibe etmekti. Hesaplamalı yaklaşımımızın ilk adımında, enzimin yüzeyindeki potansiyel bağlanma yerlerini belirlemek için bir dizi etkili araç kullanıldı. Heksokinaz için çeşitli bağlanma yerleri tanındı, bunlardan bazıları alt birimlerin arayüzünde, bazıları ise merkezde yer alıyordu ve bu da onları allosterik düzenleme için kritik sıcak noktalar haline getiriyordu. ST2 için, birden fazla allosterik potansiyel bağlanma yeri bulundu ve bu da inhibisyon potansiyelini artırdı. İkinci aşamada, her bağlanma yerinin allosterik potansiyeli, CorrSite, Ohm, AlloSigma ve ESSA gibi elastik ağ modellemesine dayalı çeşitli hesaplamalı araçlar ve makine öğrenme algoritması PASSER ile değerlendirildi. Heksokinaz için, parazit ve insan arasındaki dizi hizalaması, her potansiyel allosterik yerin özgüllüğünü doğrulamak için benzerlik derecesini belirlemek amacıyla kullanıldı. Son adımda, 1615 FDA onaylı bileşiğin yüksek allosterik potansiyele ve yüksek özgüllük derecesine sahip yerlere yerleştirilmesi, heksokinaz ve ST2 reseptörünün inhibisyonunda etkili olabilecek bazı kritik bileşiklerin elde edilmesini sağladı. Yakın gelecekte bu bileşiklerin deneysel doğrulaması, hesaplamalı yaklaşımımızı desteklemek amacıyla gerçekleştirilecektir.

The development of species-specific drugs to treat diseases caused by antimalarial-resistant parasites infecting millions of people has found emphasis in the literature. Since the glycolytic pathway is the cell's most essential energy source, enzymes in this pathway became potential drug targets. However, the proposed drug candidates should not inhibit the same enzymes in the human species. Accordingly, allosteric inhibitors become an alternative as they target the evolutionarily least conserved areas in the enzymes belonging to the infecting species. The first protein of the thesis was the identification and analysis of alternative potential and specific allosteric sites in Plasmodium vivax hexokinase. The second system investigated in this thesis focused on Interleukin-33 (IL-33) which is a key cytokine in type 2 immune responses during infection, inflammation, and allergy. The aim was to inhibit its receptor ST2 to block its interaction with IL-33 and thereby modulate immune activation. In the first step of our computational approach, effective tools were used to identify potential binding sites on the enzyme surface. For the second system, multiple allosteric binding sites on ST2 increased inhibition potential. In the second stage, the allosteric potential of each binding site was evaluated by diverse computational tools based on elastic network modeling, such as CorrSite, Ohm, AlloSigma, and ESSA, and the machine learning algorithm PASSER. For hexokinase, sequence alignment between the parasite and human was employed to determine the degree of similarity to confirm the specificity of each potential allosteric site. In the final step, docking 1615 FDA-approved compounds to sites with high allosteric potential and a high degree of specificity yielded some critical compounds that might be effective in the inhibition of hexokinase and ST2 receptor. Near-future experimental validation of these compounds will be performed to support our computational approach.