Electrostatic modulation of protein dynamics and interactions (Supplement for Equipment Purchase)

蛋白质动力学和相互作用的静电调节(设备购买补充)

基本信息

  • 批准号:
    9894611
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.53万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2022-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract This renewal proposal seeks to continue the development and application of continuous constant pH molecular dynamics (CpHMD) tools to advance molecular understanding of proteases, kinases and sodium/proton an- tiporters which are involved in Alzheimer's disease, cancer and hypertension, respectively. The objectives of this proposal are to 1) further develop, accelerate and disseminate CpHMD; 2) discover electrostatic modulators of aspartyl proteases and kinases towards selective inhibition; and 3) elucidate the mechanisms of sodium/proton antiporters. Development of a pH stat to properly control solution pH has been a long-standing goal in the MD community. Our recent development of PME-based all-atom CpHMD brought us closer to the goal. In Aim 1, we will add a polarizable force field to take the accuracy of CpHMD to the next level. We will implement CpHMD in other packages to enable alternative implicit-solvent models and force fields. We will implement the code on the GPU platform to allow routine microsecond-scale simulations. The new developments will push the boundary of current MD simulations, transforming pKa calculations and studies of proton-mediated processes. Protonation states and pH effects are a neglected aspect in structure-based drug design due to the lack of tools and understanding. We recently discovered a pH-regulated dynamics-activity relationship for -secretase (a major Alzheimer's drug target) and demonstrated significant pH dependence in small-molecule binding. In Aim 2, we will continue the study of -secretase related aspartyl proteases, and we will tackle challenging questions regarding kinase activation and selective inhibition. Conventional fixed-protonation-state MD with static-structure-based electrostatic calculations cannot reliably iden- tify proton-binding residues and elucidate proton-coupled conformational dynamics. We recently developed the membrane hybrid-solvent CpHMD, which allowed the first constant pH simulations of a proton channel (M2), a sodium/proton antiporter (NhaA) and an efflux pump (AcrB). In Aim 3, we plan to apply this and the new tools developed in Aim 1 to gain further insights into the sodium-proton exchange process in NhaA and to elucidate the distinctive mechanism of another sodium-proton antiporter. These studies will further validate CpHMD and establish it as a powerful tool for studies of proton-coupled transmembrane proteins. In summary, the proposed project will push the boundary of the current predictive power of molecular simulations, transform studies of proton-mediated processes, and generate new insights to accelerate drug discovery targeting Alzheimer's disease, cancer and hypertension.
项目总结/摘要 本更新建议旨在继续开发和应用连续恒pH分子 动力学(CpHMD)工具,以推进蛋白酶,激酶和钠/质子和 这些转运蛋白分别与阿尔茨海默病、癌症和高血压有关。这一目标 建议是:1)进一步开发、加速和推广CpHMD; 2)发现 乙酰化蛋白酶和激酶的选择性抑制; 3)阐明钠/质子的机制 反向转运体 开发一种pH统计器来适当地控制溶液pH一直是MD社区的长期目标。 我们最近开发的基于质子交换膜的全原子CpHMD使我们更接近这一目标。在目标1中,我们将添加 一个可极化的力场,将CpHMD的准确性提升到一个新的水平。我们将在其他领域实施CpHMD 软件包,使替代隐式溶剂模型和力场。我们将在GPU上实现代码 该平台允许常规微秒级模拟。新的发展将推动当前的边界 分子动力学模拟,转化pKa计算和质子介导过程的研究。 在基于结构的药物设计中,由于缺乏工具,质子化状态和pH效应是一个被忽视的方面 和理解我们最近发现了一种pH调节的β-分泌酶(a 主要的阿尔茨海默病药物靶点),并在小分子结合中表现出显著的pH依赖性。在Aim中 2、我们将继续研究与β-分泌酶相关的酰基蛋白酶,并将解决具有挑战性的问题。 关于激酶激活和选择性抑制。 传统的固定质子化状态MD与基于静态结构的静电计算不能可靠地确定- 验证质子结合残基并阐明质子耦合构象动力学。我们最近开发了 膜混合溶剂CpHMD,允许质子通道(M2)的第一个恒定pH模拟, 钠/质子反向转运体(NhaA)和射束泵(AcrB)。在目标3中,我们计划应用这一点和新工具 在目标1中开发,以进一步了解NhaA中的钠质子交换过程,并阐明 另一种钠质子反向转运蛋白的独特机制这些研究将进一步验证CpHMD, 建立它作为一个强有力的工具,质子耦合跨膜蛋白的研究。 总之,拟议的项目将突破分子模拟当前预测能力的界限, 改变质子介导过程的研究,并产生新的见解,以加速药物发现靶向 老年痴呆症癌症和高血压。

项目成果

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专著数量(0)
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会议论文数量(0)
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