Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54701 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ In silico study of amino acid composition of papaine binding sites with different natural inhibitors In silico исследование аминокислотного состава участков связывания папаина с ингибиторами различной природы Сакибаев Ф А Sakibaev F A farkhatlukum@gmail.com Холявка М Г Holyavka M G holyavka@rambler.ru Нехаев И С Nekhaev I S Артюхов В. Г. Artyukhov V. G. Воронежский государственный университет ru Voronezh State University ru Воронежский государственный университет; Севастопольский государственный университет ru Voronezh State University; Sevastopol State University ru Воронежский государственный университет ru Voronezh State University ru Воронежский государственный университет Воронеж Россия Voronezh State University Voronezh Russian Federation 25 12 2021 25 12 2021 6 4 612 615 20 12 2021 20 12 2021 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54701/view

Цистеиновые протеазы имеют широкое распространение в природе, являются значимым звеном в физиолого-биохимических процессах во всех живых организмах. Точный контроль их протеолитической активности необходим для правильного функционирования целых клеток и организмов. В работе исследуются взаимодействия папаина с ингибиторами различной природы. Аминокислотный состав участков связывания определяли с помощью программы LigPlot. Выявлены аминокислотные остатки, непосредственно контактирующие с анализируемыми соединениями. Показано наличие как гидрофобных взаимодействий, так и водородных связей. Последние формируются в количестве: 4 с метиловым эфиром N - трет -бутилоксикарбонил-фенил-глицина с участием 3 аминокислотных остатков; 3 с сукцинил-Gln-Val-Val-Ala-Ala- p -нитроанилидом и локсистатиновой кислотой (E64-c) с участием 3 остатков; 2 с хлорметилкетоном с участием одного остатка. В реализации гидрофобных взаимодействий с локсистатиновой кислотой участвуют 10 аминокислотных остатков, по 13 с метиловым эфиром N - трет -бутилоксикарбонил-фенил-глицина, хлорметилкетоном и сукцинил-Gln-Val-Val-Ala-Ala- p -нитроанилидом. Установлено, что в случае связывания папаина с сукцинил-Gln-Val-Val-Ala-Ala- p -нитроанилидом не происходит перекрывания аминокислот активного центра, что может указывать на ингибирование фермента данным соединением посредством изменения пространственной структуры биокатализатора. Представленные в работе данные могут быть использованы при изучении характера взаимодействия папаин-подобных цистеиновых протеаз с их ингибиторами.

Cysteine proteases are widespread in nature, as well as they are an important link in physiological and biochemical processes in all living organisms. Precise control of their proteolytic activity is essential for the proper functioning of whole cells and organisms. The work investigated the interaction of papain with inhibitors of various natures. The amino acid composition of the binding sites was determined using the LigPlot software. Amino acid residues that are in direct contact with the analyzed compounds have been identified. The presence of both hydrophobic interactions and hydrogen bonds was shown. The latter are formed in the following amounts: 4 with methyl ester of N - tert -butyloxycarbonyl-phenyl-glycine with the participation of 3 amino acid residues; 3 with succinyl-Gln-Val-Val-Ala-Ala- p -nitroanilide and loxystatinic acid (E64-c) with the participation of 3 residues; 2 with chloromethyl ketone with the participation of one residue. In the implementation of hydrophobic interactions with loxystatinic acid, 10 amino acid residues are involved, 13 amino acid residues each with N - tert -butyloxycarbonyl-phenyl-glycine methyl ester, chloromethyl ketone and succinyl-Gln-Val-Val-Ala-Ala- p -nitroanilide. It was found that in the case of binding of papain to succinyl-Gln-Val-Val-Ala-Ala- p -nitroanilide, no overlapping of the amino acids of the active center occurs, which may indicate inhibition of the enzyme by this compound by changing the spatial structure of the biocatalyst. The data presented in this work can be used to study the nature of the interaction of papain-like cysteine proteases with their inhibitors.

 папаин ингибиторы аминокислотный состав in silico анализ papain inhibitors amino acid composition in silico analysis Работа выполнена при финансовой поддержке в форме гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - докторов наук МД-1982.2020.4. Соглашение 075-15-2020-325.

Vasiljeva O., Reinheckel T., Peters C., Turk D., Turk V., Turk B., Emerging roles of cysteine cathepsins in disease and their potential as drug targets. Current pharmaceutical design, 2007, vol. 13, no. 4, pp. 387-403. Vasiljeva O., Reinheckel T., Peters C., Turk D., Turk V., Turk B., Emerging roles of cysteine cathepsins in disease and their potential as drug targets. Current pharmaceutical design, 2007, vol. 13, no. 4, pp. 387-403. Berdowska I., Ski M. The role of cysteine cathepsins and their inhibitors in physiological and neoplastic processes. Postepy biochemii, 2000, vol. 46, no. 1, pp. 73-84. Berdowska I., Ski M. The role of cysteine cathepsins and their inhibitors in physiological and neoplastic processes. Postepy biochemii, 2000, vol. 46, no. 1, pp. 73-84. Memmert S., Damanaki A., Nogueira A.V., Eick S., Nokhbehsaim M., Papadopoulou A.K., Deschner J. Role of cathepsin S in periodontal inflammation and infection. Mediators of inflammation, 2017, vol. 2017, pp. 2017. Memmert S., Damanaki A., Nogueira A.V., Eick S., Nokhbehsaim M., Papadopoulou A.K., Deschner J. Role of cathepsin S in periodontal inflammation and infection. Mediators of inflammation, 2017, vol. 2017, pp. 2017. Ndao M., Nath-Chowdhury M., Sajid M., Marcus V., Mashiyama S.T., Sakanari J., Caffrey C.R. A cysteine protease inhibitor rescues mice from a lethal Cryptosporidium parvum infection. Antimicrobial agents and chemotherapy, 2013, vol. 57, no. 12, pp. 6063-6073. Ndao M., Nath-Chowdhury M., Sajid M., Marcus V., Mashiyama S.T., Sakanari J., Caffrey C.R. A cysteine protease inhibitor rescues mice from a lethal Cryptosporidium parvum infection. Antimicrobial agents and chemotherapy, 2013, vol. 57, no. 12, pp. 6063-6073. Rosenthal P.J. Falcipains and other cysteine proteases of malaria parasites. Cysteine proteases of pathogenic organisms, 2011, vol. 30, p. 48. Rosenthal P.J. Falcipains and other cysteine proteases of malaria parasites. Cysteine proteases of pathogenic organisms, 2011, vol. 30, p. 48. Zhang L., Lin D., Sun X., Curth U., Drosten C., Sauerhering L., Hilgenfeld R. Crystal structure of SARS-CoV- main protease provides a basis for design of improved α-ketoamide inhibitors. Science, 2020, vol. 2, pp. 409-412. Zhang L., Lin D., Sun X., Curth U., Drosten C., Sauerhering L., Hilgenfeld R. Crystal structure of SARS-CoV- main protease provides a basis for design of improved α-ketoamide inhibitors. Science, 2020, vol. 2, pp. 409-412. Sajid M., McKerrow J.H., Cysteine proteases of parasitic organisms. Molecular and biochemical parasitology, 2002, vol. 120, no. 1, pp. 1-21. Sajid M., McKerrow J.H., Cysteine proteases of parasitic organisms. Molecular and biochemical parasitology, 2002, vol. 120, no. 1, pp. 1-21. Stoch S.A., Wagner J.A., Cathepsin K inhibitors: a novel target for osteoporosis therapy. Clinical Pharmacology & Therapeutics, 2008, vol. 83, no. 1, pp. 172-176. Stoch S.A., Wagner J.A., Cathepsin K inhibitors: a novel target for osteoporosis therapy. Clinical Pharmacology & Therapeutics, 2008, vol. 83, no. 1, pp. 172-176. Hellinger R., Gruber C.W., Peptide-based protease inhibitors from plants. Drug discovery today, 2019, vol. 24, no. 9, pp. 1877-1889. Hellinger R., Gruber C.W., Peptide-based protease inhibitors from plants. Drug discovery today, 2019, vol. 24, no. 9, pp. 1877-1889.