Disseny d’inhibidors de la proteïna TKTL1 mitjançant tècniques de Modelització molecular

Abstract

La transketolase (TKT) és un homodímer amb dos centres actius de difosfat de tiamina (ThDP) situats a la interfície entre els dos monòmers juntament amb els seus cations bivalents corresponents, els quals permeten que la proteïna sigui activa. La proteïna Transketolase-like protein 1 (TKTL1) , una isoforma de la TKT, és un enzim clau en el metabolisme de la glucosa de les cèl·lules cancerígenes ja que causa un creixement ràpid d’aquestes. A més a més controla la part no oxidativa de la via de les pentoses fosfat, i també es correlaciona amb la producció d’àcid làctic. En conseqüència, estudis recents plantegen la inhibició de la TKTL1 com un possible tractament d’aquesta malaltia perquè se n’ha trobat una elevada expressió en diversos tipus de càncer. L’objectiu principal d’aquest treball és trobar nous llocs d’unió (binding sites) a la superfície d’interacció de la proteïna TKTL1 per tal d’inhibir l’activitat catalítica. Per assolir aquest objectiu, s’ha realitzat un anàlisi de modelització molecular de la TKTL1 per tal d’estudiar el comportament de la proteïna i les seves interaccions que es duen a terme entre els dos monòmers. Concretament, s’han efectuat tres dinàmiques moleculars i els seus anàlisis corresponents. Com a resultats s’han obtingut diferents conformacions estructurals de la proteïna a través de les quals s’han trobat tres representants que mostren la diversitat estructural de la TKTL1. Finalment, s’ha realitzat un estudi de l’energia lliure per als tres representants obtinguts amb l’objectiu de localitzar interaccions de referència a la superfície d’un dels monòmers. Això permetria crear un farmacòfor i, posteriorment, facilitar la cerca d’un lligand amb suficient afinitat a la nostre proteïna.

Transketolase (TKT) is a homodimer with two active sites of thiamine diphosphate (ThDP) located at the interface between the two monomers together with its corresponding bivalent cations, which allow the protein to be active. Transketolase-like protein 1 (TKTL1), a TKT’s isoform, is an essential enzyme in the glucose metabolism of cancer cells as it causes fast cell-growth. Additionally, it controls the non-oxidative part of the pentose phosphate pathway and correlates with the lactic acid production. Therefore, current research suggests the inhibition of TKTL1 as a reasonable treatment of this disease because several types of cancers present high levels of this protein. This work aims at finding new binding sites on the interaction surface of the TKTL1 protein to inhibit its catalytic activity. A molecular modelling analysis of the TKTL1 protein has been realized to study the behavior of the protein and the interactions between its two monomers. Namely, three molecular dynamics and its corresponding analysis have been done. As a result, a variety of structural conformations of the protein have been obtained, and three key-representatives have been chosen covering the structural diversity of the TKTL1. Finally, a free energy study for the three representatives has been realized to locate reference interactions on the surface of one of the monomers. This study would allow creating a pharmacophore and afterwards facilitate the search for a ligand with sufficient affinity to our protein.