Kovalente Inhibition stellt einen effektiven Weg dar, die Verweildauer des Liganden innerhalb einer Bindetasche zu erhöhen. In dieser Arbeit wurden theoretische Methoden angewendet, um die Reaktivität und den nichtkovalenten Zustand vor der Reaktion zu modellieren. Im Rahmen einer Fallstudie zu Cathepsin K wurden nichtkovalente Modelle von kovalenten Inhibitoren generiert. Für verschiedene Komplexe aus Cathepsin K und einem kovalent gebundenem Liganden wurde der Zustand vor der Reaktion modelliert und dessen Stabilität im Rahmen einer klassischen MD-Simulation überprüft. Die Stabilität des Warheads in der Bindetasche hing hauptsächlich vom gewählten Protonierungszustand der katalytischen Aminosäuren ab. Für eine Reihe von Inhibitoren der ChlaDUB1 wurde ein Protokoll aus quantenmechanischen Rechnungen genutzt, um die Reaktivität verschiedener Warheads abzuschätzen. Die erhaltenen Aktivierungsenergien korrelierten mit experimentell bestimmten Raten zur Inaktivierung des Enzyms. Im Rahmen eines Wirkstoffdesign-Projektes zur Deubiquitinase USP28 wurden von unpublizierten Kristallstrukturen ausgehend erste Docking-Experimente durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass ein literaturbekannter Inhibitor von USP28 mit einem Warhead so modifiziert werden kann, dass die reaktive Einheit in direkter Nachbarschaft zu einem Cystein positioniert wird. Für diese Warheads wurden ebenfalls quantenmechanische Rechnungen zur Bestimmung der Aktivierungsenergie durchgeführt. Um besser nachvollziehen zu können, warum bei einem Photoswitch-Inhibitor der Butyrylcholin-Esterase der cis-Zustand des Moleküls besser inhibiert als der trans-Zustand, wurde eine Docking-Studie des Zustandes vor der Reaktion durchgeführt. Es konnte ein qualitatives Modell aufgestellt werden, das zeigt, dass der trans-Zustand aufgrund seiner längeren Form mit wichtigen Aminosäuren am Eingang der Bindungstasche kollidiert. / Covalent inhibition is an effective way to increase the residence time of a ligand within the active site. In this work theoretical methods were used to model the reactivity and the noncovalent pre-reaction state.
Noncovalent models of covalent inhibitors were generated as part of a case study of Cathepsin K. Several complexes of Cathepsin K and a covalently bound ligand were modeled in their state before the reaction, and their stability was assessed by classical molecular dynamics simulations. In most cases the warhead was positioned in close proximity to the catalytic unit, remaining there for up to several hundred nanoseconds. This stable positioning was largely dependent on the protonation state of the catalytic amino acids.
To estimate the reactivity of a series of ChlaDUB1 inhibitors, a protocol of quantum mechanical calculations was adapted. The obtained activation energies correlated with experimentally obtained rate constants of enzyme inactivation.
Using unpublished crystal structures, first design steps for the inhibition of the deubiquitinase USP28 were performed. Docking studies showed that modification of a literature-known inhibitor of USP28 with a warhead allowed to place this reactive unit close to a cysteine. Activation energies were also obtained for these structures via quantum mechanical calculations.
To better rationalize the differences in inhibition between the cis- and trans-state of a photoswitch inhibitor of butyrylcholine esterase, a docking study of the noncovalent state was performed. The different ring conformers and stereochemical properties of the photoswitch were critical for a sensible model of the ligand. A qualitative model could be obtained which explains that the cis-isomer is more active than the trans-isomer due to a steric clash of the latter with amino acids at the entrance of the pocket.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:35933 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Endres, Erik |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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