Τα μέλη της ευρέως διαδεδομένης οικογένειας μεταφορέων νουκλεοτιδικών βάσεων – ασκορβικού (NAT) είναι συμμεταφορείς H+ ή Na+ ειδικοί για την κυτταρική πρόσληψη είτε πουρινών και πυριμιδινών, είτε L-ασκορβικού οξέος. Ο μεταφορέας ουρικού οξέος - ξανθίνης UapA είναι ένα αρχέτυπο, που έχει μελετηθεί εκτενώς σε γενετικό και λειτουργικό επίπεδο, μυκιατικός μεταφορέας NAT, ο οποίος παρουσιάζει υψηλή συγγένεια για την ξανθίνη και το ουρικό οξύ. Επιπλέον, η κρυσταλλική δομή του UapA σε σύμπλοκο με ξανθίνη έχει λυθεί πρόσφατα, επιτρέποντας μελέτες σχετικά με τον μοριακό μηχανισμό που καθορίζει την επιλεκτικότητα του υποστρώματος in silico βάσει της δομής στην πρόβλεψη συγγένειας δέσμευσης. Εδώ, επιλέχθηκαν έξι ανάλογα ξανθίνης για τη δημιουργία ακριβών προγνωστικών μοντέλων των αλληλεπιδράσεων υποστρώματος με τον UapA. Δημιουργήθηκαν μοντέλα συσχέτισης για πειραματικά προσδιορισμένα Km και θεωρητικοί υπολογισμοί ελεύθερης ενέργειας ΔGo αναλόγων ξανθίνης. In silico θεωρητικοί υπολογισμοί και μοριακές προσομοιώσεις έγιναν για την πρόβλεψη συγγένειας δέσμευσης χρησιμοποιώντας υπολογισμούς σύνδεσης και μοριακής δυναμικής (FEP, MMPBSA). Καθώς η ξανθίνη μπορεί να αποκτήσει δύο ταυτομερείς μορφές, με βάση την πρωτονίωση των Ν7 ή Ν9, και τα δύο ταυτομερή χρησιμοποιήθηκαν για όλα τα ανάλογα. O UapA αντιμετωπίστηκε ως μονομερές ή διμερές. Εξετάστηκε η παρουσία ή η απουσία διπλής στιβάδας λιπιδίων στους υπολογισμούς, προκειμένου να παραχθεί το πιο ακριβές μοντέλο πρόβλεψης και να διερευνηθεί πώς η λιπιδική διπλή στιβάδα μπορεί να επηρεάσει τη συγγένεια σύνδεσης. Τέλος, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι πιο αξιόπιστα αποτελέσματα μπορούμε να εξαγάγουμε από τη μελέτη ενός μοντέλου στη μονομερή του μορφή με τη μέθοδο του MM-PBSA, μέθοδος πιο γρήγορη υπολογιστικά από τις υπόλοιπες που μελετήθηκαν.
(EL)
Members of the ubiquitous Nucleobase Ascorbate Transporter (NAT) family are H+ or Na+ symporters specific for the cellular uptake of either purines and pyrimidines or L-ascorbic acid. UapA is a prototypic, extensively studied at the genetic and functional level, fungal NAT showing high-affinity for xanthine and uric acid. Moreover, the crystal structure of UapA in complex with xanthine has been recently solved, allowing studies on the molecular mechanism that determines substrate selectivity using structure-based in silico prediction of binding affinities. Here, six xanthine analogues were selected to create accurate predictive models of the UapA-substrate interactions. Correlation models for experimentally determined Km and theoretical calculations of free energy ΔGo of xanthine analogues were created. In silico theoretical calculations and molecular simulations were made for predicting binding affinities using docking and molecular dynamics calculations (FEP, MMPBSA). As xanthine might acquire two tautomeric forms, based on the protonation of N7 or N9, both tautomers were utilized for all analogues. UapA was treated as monomer or dimer. The presence or absence of lipid bilayer in our calculations was considered, in order to produce the most accurate predicting model and investigate how the lipid bilayer might influence the binding affinities. Methods were evaluated in terms of their reliability in relation to the computational time needed. Finally, the results showed that more reliable results can be obtained from the study of a model in its monomeric form by the method of MM-PBSA, which is computationally faster than the rest studied.
(EN)
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
