Molecular Dynamics Simulations Provide Insights into Structure and Function of Amadoriase Enzymes

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorRigoldi, F.
dc.contributor.authorSpero, L.
dc.contributor.authorVedove, A. D.
dc.contributor.authorRedaelli, A.
dc.contributor.authorParisini, E.
dc.contributor.authorGautieri, A.
dc.date.accessioned2020-04-09T16:08:55Z
dc.date.available2020-04-09T16:08:55Z
dc.date.issued2017
dc.description.abstractenBackground. Enzymatic assays based on Fructosyl Amino Acid Oxidases (FAOX) represent a potential, rapid and economical strategy to measure glycated hemoglobin (HbA1c), which is in turn a reliable method to monitor the insurgence and the development of diabetes mellitus. However, the engineering of naturally occurring FAOX to specifically recognize fructosyl-valine (the glycated N-terminal residue of HbA1c) has been hindered by the paucity of information on the tridimensional structures and catalytic residues of the different FAOX that exist in nature, and in general on the molecular mechanisms that regulate specificity in this class of enzymes. Objective. In this study, we use molecular dynamics simulations and advanced modeling techniques to investigate five different relevant wild-type FAOX (Amadoriase I, Amadoriase II, PnFPOX, FPOX-E and N1-1-FAOD) in order to elucidate the molecular mechanisms that drive their specificity towards polar and nonpolar substrates. Specifically, we compare these five different FAOX in terms of overall folding, ligand entry tunnel, ligand binding residues and ligand binding energies. Methods. We used a combination of homology modeling and molecular dynamics simulations to provide insights into the structural difference between the five enzymes of the FAOX family. Results. We first predicted the structure of the N1-1-FAOD and PnFPOX enzymes using homology modelling. Then, we used these models and the experimental crystal structures of Amadoriase I, Amadoriase II and FPOX-E to run extensive molecular dynamics simulations in order to compare the structures of these FAOX enzymes and assess their relevant interactions with two relevant ligands, f-val and f-lys. Conclusions. Our work will contribute to future enzyme structure modifications aimed at the rational design of novel biosensors for the monitoring of blood glucose levels.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Анализ ферментативной активности, основанный на использовании оксидаз фруктозиламинокислот (FAOX), представляет собой быструю, экономичную и с большим потенциалом стратегию для измерения гликированного гемоглобина (HbA1c), который в свою очередь является надежным маркером для мониторинга возникновения и развития сахарного диабета. Однако разработка естественного FAOX конкретно для распознавания фруктозил-валина (гликированного N-концевого остатка HbA1c) усложнялась недостатком информации о трехмерных структурах и каталитических остатках различных FAOX, которые существуют в природе, и о молекулярных механизмах, которые регулируют специфичность в этом классе ферментов, в общем. Цель исследования. Мы используем моделирование методом молекулярной динамики, а также современные методы моделирования для исследования пяти различных соответствующих FAOX немутантного типа (Amadoriase I, Amadoriase II, PnFPOX, FPOX-E и N1-1-FAOD), чтобы выяснить молекулярные механизмы, которые обуславливают их специфичность к полярным и неполярным субстратам. В частности, мы сравниваем пять FAOX с точки зрения общей складчатости, входного туннеля лиганда, лигандсвязывающих остатков и энергий связи лигандов. Методика реализации. Мы использовали гомологичное моделирование в сочетании с моделированием методом молекулярной динамики, чтобы дать представление о структурной разнице между пятью ферментами семейства FAOX. Результаты исследований. Сначала мы спрогнозировали структуру ферментов N1-1-FAOD и PnFPOX с использованием гомологичного моделирования. Затем мы использовали модели и экспериментальные кристаллические структуры Amadoriase I, Amadoriase II и FPOX-E для обширного молекулярно-динамического моделирования, чтобы сравнить структуры этих ферментов FAOX и оценить их соответствующие взаимосвязи с лигандами f-val и f-lys. Выводы. Наша работа будет использоваться для будущих модификаций структуры ферментов с целью рационального проектирования новых биосенсоров для контроля уровня глюкозы в крови.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Аналіз ферментативної активності, що базується на використанні оксидаз фруктозиламінокислот (FAOX), являє собою швидку, економічну і з великим потенціалом стратегію для вимірювання глікованого гемоглобіну (HbA1c), який своєю чергою є надійним маркером для моніторингу виникнення і розвитку цукрового діабету. Однак розробка природного FAOX конкретно для розпізнавання фруктозил-валіну (глікованого N-кінцевого залишку HbA1c) ускладнювалася нестачею інформації про тривимірні структури і каталітичні залишки різних FAOX, які існують у природі, і про молекулярні механізми, які регулюють специфічність у цьому класі ферментів, загалом. Мета дослідження. Ми використовуємо моделювання методом молекулярної динаміки, а також сучасні методи моделювання для дослідження п’яти різних відповідних FAOX немутантного типу (Amadoriase I, Amadoriase II, PnFPOX, FPOX-E і N1-1-FAOD), щоб з’ясувати молекулярні механізми, які обумовлюють їх специфічність до полярних і неполярних субстратів. Зокрема, ми порівнюємо п’ять FAOX з точки зору загальної складчастості, вхідного тунелю ліганду, лігандзв’язувальних залишків і енергій зв’язку лігандів. Методика реалізації. Ми використовували гомологічне моделювання в поєднанні з моделюванням методом молекулярної динаміки, щоб дати уявлення про структурну різниці між п’ятьма ферментами родини FAOX. Результати дослідження. Спочатку ми спрогнозували структуру ферментів N1-1-FAOD і PnFPOX з використанням гомологічного моделювання. Потім ми використовували моделі та експериментальні кристалічні структури Amadoriase I, Amadoriase II і FPOX-E для обширного молекулярно-динамічного моделювання, щоб порівняти структури цих ферментів FAOX і оцінити їх відповідні взаємозв’язки з лігандами f-val і f-lys. Висновки. Наша робота буде використовуватись для майбутніх модифікацій структури ферментів з метою раціонального проектування нових біосенсорів для контролю рівня глюкози в крові.uk
dc.format.pagerangePp. 57–71uk
dc.identifier.citationMolecular Dynamics Simulations Provide Insights into Structure and Function of Amadoriase Enzymes / F. Rigoldi, L. Spero, A. D. Vedove, A. Redaelli, E. Parisini, A. Gautieri // Innovative Biosystems and Bioengineering : international scientific journal. – 2017. – Vol. 1, No. 1. – Pp. 57–71. – Bibliogr.: 39 ref.uk
dc.identifier.doiDOI: https://doi.org/10.20535/ibb.2017.1.1.112811
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/32819
dc.language.isoenuk
dc.publisherIgor Sikorsky Kyiv Polytechnic Instituteuk
dc.publisher.placeKyivuk
dc.rightsAttribution 4.0 International (CC BY 4.0)en
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/en
dc.sourceInnovative Biosystems and Bioengineering : international scientific journal, 2017, Vol. 1, No. 1uk
dc.subjectfructosyl amino acid oxidaseuk
dc.subjectamadoriasesuk
dc.subjectdeglycating enzymesuk
dc.subjectmolecular dynamics simulationuk
dc.subjectenzyme specificityuk
dc.subjectbinding interactionsuk
dc.subjectHbA1c monitoringuk
dc.subjectdiabetes monitoringuk
dc.subjectglycated haemoglobinuk
dc.subjectоксидаза фруктозиламінокислотиuk
dc.subjectамадоріазиuk
dc.subjectдегліковані ферментиuk
dc.subjectмоделювання методом молекулярної динамікиuk
dc.subjectспецифічність ферментуuk
dc.subjectзв’язувальні взаємодіїuk
dc.subjectмоніторинг HbA1cuk
dc.subjectмоніторинг діабетуuk
dc.subjectоксидаза фруктозиламинокислоты;uk
dc.subjectглікований гемоглобінuk
dc.subjectамадориазыuk
dc.subjectдегликированные ферментыuk
dc.subjectмоделирование методом молекулярной динамикиuk
dc.subjectспецифичность ферментаuk
dc.subjectсвязывающие взаимодействияuk
dc.subjectмониторинг HbA1cuk
dc.subjectмониторинг диабетаuk
dc.subjectгликированный гемоглобинuk
dc.subject.udc577.151uk
dc.titleMolecular Dynamics Simulations Provide Insights into Structure and Function of Amadoriase Enzymesuk
dc.title.alternativeМоделювання методом молекулярної динаміки для аналізу структури і функцій ферментів Amadoriaseuk
dc.title.alternativeМоделирование методом молекулярной динамики для анализа структуры и функций ферментов Amadoriaseuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
IBB2017.1.1_08.pdf
Розмір:
1009.56 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.06 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Innovative Biosystems and Bioengineering: international scientific e-journal, Vol. 1, No. 1