Biološka važnost dipeptidil peptidaze III i njezin utjecaj na zdravlje čovjeka

Glavni istraživač

Kategorija
Projekti Hrvatske zaklade za znanost
Šifra projekta
IP-2018-01-2936
Iznos financiranja
1.000.000
HRK
Datum početka
1.10.2018.
Datum završetka
30.9.2022.
Status
Aktivan

Egzopeptidaza dipeptidil peptidaza III (DPP III) posljednjih je godina privukla pozornost istraživačkih skupina diljem svijeta. Široko je zastupljena u tkivu sisavaca i smatra se da sudjeluje u završnim koracima normalnog intracelularnog katabolizma proteina. Međutim, izraženi afinitet za neke bioaktivne peptide (angiotenzin II i III, te opioidne peptide) sugerira njene specifične funkcije. Također, raste broj eksperimentalnih dokaza koji upućuju na uključenost DPP III u razvoj nekih karcinoma kod ljudi. Ipak, poznavanje njene točne uloge u tim procesima još uvijek nije zadovoljavajuća.

Cilj predloženog istraživanja je unaprijediti znanje o biološkoj važnosti ovog cink-veznog metaloenzima i njegovom utjecaju na ljudsko zdravlje. U tu svrhu planiramo slijedeće aktivnosti: (1) razvoj novih parametara za ion cinka u proteinima i optimizacija računalnih pristupa u proučavanju metaloenzimske strukture, te kombinirana, računalna i eksperimentalna studija ionske izmjene metala kod ljudske DPP III (hDPP III), uključujući identifikaciju potencijalnog inhibitornog veznog mjesta za metal, (2) istraživanje uključenosti hDPP III u signalni put Keap1-Nrf2- kako bi se rasvijetlila njezina uloga u oksidativnom stresu, (3) proširenje saznanja o prirodnim supstratima hDPP III kod čovjeka i (4) ispitivanje novih, moćnih inhibitora katalitičke funkcije hDPP III. U svrhu diseminacije saznanja o važnosti DPP III i unapređenja suradnje s inozemnim znanstvenim institucijama, planiramo predstaviti naše rezultate na međunarodnim konferencijama i organizirati simpozij o DPP III.

Iako je element u tragovima, cink ima značajnu ulogu u ljudskom zdravlju. Poznato je da ima aktivnu ulogu u hidrolizi peptida kataliziranoj hDPP III, ali ništa nije poznato o potencijalnom inhibitornom metalnom veznom mjestu. Također, nije poznat mehanizam izmjene metala u hDPP III. Parametri za cink koje smo koristili u prethodnim simulacijama molekularne dinamike (MD) DPP III ortologa omogućili su nam pouzdano modeliranje enzimske strukture i fleksibilnosti, tj. rezultati simulacija odgovarali su onima dobivenim eksperimentalnim metodama.

Međutim, primijetili smo snažnu preferenciju za oktaedarsku koordinaciju cinka, čak i u najkompaktnijoj strukturi kompleksa enzim-supstrat za koju su izračuni kvantne i molekularne mehanike (QMMM) za mehanizam reakcije sugerirali tetraedarsku koordinaciju Zn2+ kao najpovoljniju za reaktant. Kako bismo osigurali pouzdanost molekulskog modeliranja procesa u kojima je metalni ion u središtu interesa razvit ćemo nove parametre za Zn2+. U tu svrhu koristit ćemo QM i QMMM metode u kombinaciji s MD simulacijama i mikrokalorimetrijom.

Kako bismo utvrdili ulogu DPP III u karcinogenezi, istražit ćemo njenu uključenost u signalni put Keap1-Nrf2 na molekularnoj razini. Kombinacija računalnog (all atom simulacije molekulske dinamike) i eksperimentalnog (kinetički, spektrometrijski, strukturni i termodinamički) pristupa može nam omogućiti napredak u razumijevanju molekularne osnove interakcija hDPP III- Keap1 i njihov utjecaj na stanične procese.

Podaci o visokim koncentracijama DPP III u površinskim lamelama stražnjih rogova kralježnične moždine kod štakora, gdje se taj enzim lokalizira s enkefalinima i endomorfinima, zajedno sa spoznajom da DPP III može degradirati te opioidne peptide in vitro, potvrđuju ulogu DPP III u endogenom sustavu regulacije boli kod sisavaca. U sklopu ovog projekta planiramo ispitati seriju od oko 10 neuropeptida, računalno i eksperimentalno. Identifikacija potencijalnih supstrata među njima bila bi vrijedno otkriće za objašnjenje uloga DPP III kod čovjeka.

Također, istražit će se mogućnost vezanja na hDPP III za niz fluorescentnih gvanidinijevih karbonil-pirol konjugata. Kinetičke, fluorimetrijske i mikrokalorimetrijske studije njihovog vezanja na divlji tip hDPP III i njen katalitički inaktivni mutant E451A bit će kombinirane s MD simulacijama i izračunima slobodne energije vezanja.

Konačno, naša bi istraživanja trebala unaprijediti poznavanje molekularne osnove interakcija protein-protein (DPP III - Keap1) i protein-ligand (DPP III - peptidi /inhibitori), te njihovu povezanost sa staničnim procesima, kao i rasvijetliti biološku ulogu hDPP III. Studija bi trebala predložiti smjernice za razvoj farmakoloških molekula s mogućnošću kontrole mehanizama u kojima sudjeluje hDPP III. Konačno, novo razvijeni parametri za ion cinka bit će korisni ne samo za DPP III, već i za ostale proteine sa sličnim veznim mjestom za cink.

Publikacije na projektu

  1. Mirsada, Ćehić; Josipa, Suć Sajko; Zrinka, Karačić; Patryciusz, Piotrowski; Tamara, Šmidlehner; Ivanka, Jerić; Carsten, Schmuck; Ivo, Piantanida*; Sanja, Tomić*, The guanidiniocarbonylpyrrole - fluorophore conjugates as theragnostic tools for DPP III monitoring and inhibition, J. Biomol. Stru. Dyn (2019)
  2. Tomić A., Horvat G., Ramek M., Agić D., Brkić H., Tomić S. New zinc ion parameters suitable for classical MD simulations of zinc metallo-peptidases. Journal of Chemical Information and Modeling (2019),

Sudjelovanje na skupovima

Suradnici

Mihaela Matovina, dr.sc.

Znanstveni suradnik
Tel:
+385 1 457 1223
Interni broj:
1292
1205

Zrinka Karačić, dr.sc.

Poslijedoktorand
Interni broj:
1303
1205

Ana Tomašić Paić, dr.sc.

Viši znanstveni suradnik
Interni broj:
1205

Antonija Tomić, dr.sc.

A

T

Znanstveni suradnik
Tel:
+385 1 457 1251
Interni broj:
1265

Antonia Matić

A

M

Asistent - Doktorand
Interni broj:
1335

Filip Šupljika
Dejan Agić
Hrvoje Brkić
Karl Gruber

Ova stranica koristi kolačiće

neki od tih kolačića nužni su za ispravno funkcioniranje stranice, dok se drugi koriste za praćenje korištenja stranice radi poboljšanja korisničkog iskustva.

Za više informacija pogledajte naše uvjete korištenja.

  • Kolačići koji su nužni za ispravno funkcioniranje stranice. Moguće ih je onemogućiti u postavkama preglednika.