danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2020-64-5-558-566dan-914Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYIn silico анализ взаимодействия соединений, содержащих фотоактивируемые группы, с ферментами CYP7 человекаIn silico analysis of interaction of compounds, containing photoactivatable groups,with human CYP7 enzymesДиченкоЯ. В.DzichenkaYa. U.

Диченко Ярослав Владимирович - кандидат химических наук, старший научный сотрудник.ул. Купревича, 5/2, 220141, Минск.

Dzichenka Yaraslau U. - Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher, Institute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus.5/2, Kuprevich Str., 220141, Minsk.

dichenko@iboch.byХорецкийМ. С.HoretskiM. S.

Хорецкий Матвей Сергеевич - младший научный сотрудник.ул. Ленинградская, 14, 220030, Минск.

Horetski Matvey S. - Junior researcher, Research Institute for Physical Chemical Problems of the Belarusian State University.14, Leningradskaya Str., 220030, Minsk.

matvey.horetski@gmail.comФалетровЯ. В.FaletrovYa. V.

Фалетров Ярослав Вячеславович - кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник.ул. Ленинградская, 14, 220030, Минск.

Faletrov Yaroslav V. - Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher, Associate professor, Research Institute for Physical Chemical Problems of the Belarusian State University.14, Leningradskaya Str., 220030, Minsk.

yaroslav82@tut.byЯнцевичА. В.YantsevichA. V.

Янцевич Алексей Викторович - кандидат химических наук, заведующий лабораторией.ул. Купревича, 5/2, 220141, Минск.

Yantsevich Aliaksei V. - Ph. D. (Chemistry), Head of the Laboratory, Institute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus.5/2, Kuprevich Str., 220141, Minsk.

al.yantsevich@gmail.comШкуматовВ. М.ShkumatovV. M.

Шкуматов Владимир Макарович - член-корреспондент, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник.ул. Ленинградская, 14, 220030, Минск.

Shkumatov Vladimir M. - Corresponding Member, D. Sc. (Biology), Professor, Chief Researcher, Research Institute for Physical Chemical Problems of the Belarusian State .14, Leningradskaya Str., 220030, Minsk.

vlad.shkumatov@tut.byУсановС. А.UsanovS. A.

Усанов Сергей Александрович - член-корреспондент, доктор химических наук, профессор, главный научный сотрудник.ул. Купревича, 5/2, 220141, Минск.

Usanov Sergei A. - Corresponding Member, D. Sc. (Chemistry), Professor, Chief Researcher, Institute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus.5/2, Kuprevich Str., 220141, Minsk.

usanov@iboch.byИнститут биоорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of BelarusНаучно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университетаResearch Institute for Physical Chemical Problems of the Belarusian State University202004112020645558566Copyright © Диченко Я.В., Хорецкий М.С., Фалетров Я.В., Янцевич А.В., Шкуматов В.М., Усанов С.А., 20202020Диченко Я.В., Хорецкий М.С., Фалетров Я.В., Янцевич А.В., Шкуматов В.М., Усанов С.А.Dzichenka Y.U., Horetski M.S., Faletrov Y.V., Yantsevich A.V., Shkumatov V.M., Usanov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/914

С целью выявления структурных особенностей взаимодействия ферментов CYP7 человека с производными бордипирометена (BODIPY) и стероидов, содержащих фотоактивируемые сшивающие группы, проведен in silico анализ комплексов «белок-лиганд». Показано, что модифицированные молекулы BODIPY, а также производное дегидроэпиандростерона с диазириновой группой способны связываться в активном центре стероид-гидроксилаз человека с аффинностью, сравнимой с соответствующими величинами, рассчитанными для природных субстратов этих ферментов. При этом геометрия комплекса «фермент-лиганд» для модифицированного стероида в активном центре также соответствует геометрии комплексов CYP7 со своими природными лигандами, что указывает на возможность образования гидроксилированных продуктов реакции - меченых аналогов биометаболитов. Показано, что наличие одновременно диазириновой и 7-нитробензофуразановой групп значительно снижает сродство лиганда к активному центру CYP7A1 и, в особенности, CYP7B1. Идентифицированы аминокислотные остатки, расположенные вблизи фотоактивируемых групп и способные образовывать с ними ковалентные аддукты. Полученные результаты представляют интерес для объяснения механизма взаимодействия соединений, содержащих фотоактивируемые сшивающие группы с рекомбинантными ферментами CYP7 человека in vitro, а также для идентификации продуктов ковалентной модификации аминокислотных остатков белка, образующихся при фотоактивации исследованных молекул.

In silico analysis of “protein-ligand” complexes of human CYP7 enzymes with modified borondipyrrome-tene (BODIPY) and steroids, containing photo-activated crosslinking groups, wasperformed in order to identify structural peculiarities of their interaction. It was found that BODIPY molecules and DHEA derivative with diazirine group are able to bind tightly with human steroid-hydroxylases. Binding affinity is comparable with corresponding values for essential ligands of the enzymes. Binding mode of the modified steroid corresponds to the binding mode of essential CYP7 ligands, so formation of hydroxylated products is possible. It was found that presence of both diazirine and NBD groups in a molecule significantly increases affinity of the compound in case of CYP7A1 and, especially, CYP7B1. Amino acid residues, located in a close proximity with photo-activated groups were detected, that can form covalent adducts with them. The obtained results can shed light on the mechanism of interaction of the compounds with recombinant human CYP7 enzymes in vitro. The results can also be used for the identification of modified amino acids of the proteins that are formed under photoactivation of the compounds in vitro.

цитохром P450CYP7A1CYP7B1диазиринфотоаффинное мечениеBODIPYдокингcytochrome P450CYP7A1CYP7B1diazirinephotoaffinity labelingBODIPYdockingРабота выполнена при финансовой поддержке БРФФИ (проект № Х19РМ-062).This work was supported by BRFFR (project no. Х19РМ-062).ReferencesPhoto-affinity labeling (PAL) in chemical proteomics: a handy tool to investigate protein-protein interactions (PPIs) / D. P. Murale [et al.] // Proteome Science. - 2016. - Vol. 15, N 1. https://doi.org/10.1186/s12953-017-0123-3Murale D. P., Hong S. C., Haque M. M., Lee J.-S. Photo-affinity labeling (PAL) in chemical proteomics: a handy tool to investigate protein-protein interactions (PPIs). Proteome Science, 2016, vol. 15, no. 1. https://doi.org/10.1186/s12953-017-0123-3Labeling of the nicotinic acetylcholine receptor by a photoactivatable steroid probe: effects of cholesterol and cholinergic ligands / A. M. Fernandez [et al.] // Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes. - 1993. - Vol. 1149, N 1. - P. 135-144. https://doi.org/10.1016/0005-2736(93)90034-wFernandez A. M., Fernandez-Ballester G., Ferragut J. A., Gonzales-Ros J. M. Labeling of the nicotinic acetylcholine receptor by a photoactivatable steroid probe: effects of cholesterol and cholinergic ligands. Biochimica et Biophysica Acta -Biomembranes, 1993, vol. 1149, no. 1, pp. 135-144. https://doi.org/10.1016/0005-2736(93)90034-wKym, P. R. Evaluation of a highly efficient aryl azide photoaffinity labeling reagent for the progesterone receptor / P. R. Kym, K. E. Carlson, J. A. Katzenellenbogen // Bioconjugate Chemistry. - 1995. - Vol. 6, N 1. - P. 115-122. https://doi.org/10.1021/bc00031a014Kym P. R., Carlson K. E., Katzenellenbogen J. A. Evaluation of a highly efficient aryl azide photoaffinity labeling reagent for the progesterone receptor. Bioconjugate Chemistry, 1995, vol. 6, no. 1, pp. 115-122. https://doi.org/10.1021/bc00031a014Lysosomal cholesterol activates mTORC1 via an SLC38A9-Niemann-Pick C1 signaling complex / B. M. Castellano [et al.] // Science. - 2017. - Vol. 355, N 6331. - P. 1306-1311. https://doi.org/10.1126/science.aag1417Castellano B. M., Thelen A. M., Moldavski O., Feltes M., van der Welle R. E. N., Mydock-McGrane L., Jiang X., van Eijkeren R. J., Davis O. B., Louie S. M., Perera R. M., Covey D. F., Nomura D. K., Ory D. S., Zoncu R. Lysosomal cholesterol activates mTORC1 via an SLC38A9-Niemann-Pick C1 signaling complex. Science, 2017, vol. 355, no. 6331, pp. 1306-1311. https://doi.org/10.1126/science.aag1417Photoaffinity labeling with cholesterol analogues precisely maps a cholesterol-binding site in voltage-dependent anion channel-1 / M. M. Budelier [et al.] // Journal of Biological Chemistry. - 2017. - Vol. 292, N 22. - P. 9294-9304. https://doi.org/10.1074/jbc.m116.773069Budelier M. M., Cheng W., Bergdoll L., Chen Z. W., Janetka J. W., Abramson J., Krishnan K., Mydock-McGrane L., Covey D. F., Whitelegge J. P., Evers A. S. Photoaffinity labeling with cholesterol analogues precisely maps a cholesterol-binding site in voltage-dependent anion channel-1. Journal of Biological Chemistry, 2017, vol. 292, no. 22, pp. 9294-9304. https://doi.org/10.1074/jbc.m116.773069Current advances of carbene-mediated photoaffinity labeling in medicinal chemistry / S.-S. Ge [et al.] // RSC Advances. -2018. - Vol. 8, N 51. - P. 29428-29454. https://doi.org/10.1039/c8ra03538eGe S.-S., Chen B., Wu Y.-Y., Long Q.-S., Zhao Y.-L., Wang P.-Y., Yang S. Current advances of carbene-mediated photoaffinity labeling in medicinal chemistry. RSC Advances, 2018, vol. 8, no. 51, pp. 29428-29454. https://doi.org/10.1039/c8ra03538eRational design of a photo-crosslinking BODIPY for in situ protein labeling / D. P. Murale [et al.] // Chemical communications. - 2015. - Vol. 51, N 30. - P. 6643-6646. https://doi.org/10.1039/c5cc01068cMurale D. P., Hong S. C., Yun J., Yoon C. N., Lee J. S. Rational design of a photo-crosslinking BODIPY for in situ protein labeling. Chemical communications, 2015, vol. 51, no. 30, pp. 6643-6646. https://doi.org/10.1039/c5cc01068cFormation and detection of oxidant-generated tryptophan dimers in peptides and proteins / L. Carroll [et al.] // Free Radical Biology and Medicine. - 2017. - N 113. - P. 132-142. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2017.09.020Carroll L., Pattison D. I., Davies J. B., Anderson R. F., Lopez-Alarcon C., Davies M. J. Formation and detection of oxidantgenerated tryptophan dimers in peptides and proteins. Free Radical Biology and Medicine, 2017, no. 113, pp. 132-142. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2017.09.020Effect of the NBD-group position on interaction of fluorescently-labeled cholesterol analogues with human steroidogenic acute regulatory protein STARD1 / K. V. Tugaeva [et al.] // Biochemical and Biophysical Research Communications. - 2018. -Vol. 497, N 1. - P. 58-64. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.02.014Tugaeva K. V., Faletrov Y. V., Allakhverdiev E. S., Shkumatov V. M., Maksimov E. G., Sluchanko N. N. Effect of the NBD-group position on interaction of fluorescently-labeled cholesterol analogues with human steroidogenic acute regulatory protein STARD1. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2018, vol. 497, no. 1, pp. 58-64. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.02.014

The authors declare that there are no conflicts of interest present.