The conformational dynamics of heme pocket, a small vacant site near the binding site of heme proteins -myoglobin (Mb) and hemoglobin (Hb), was investigated after photolysis of carbon monoxide from MbCO and HbCO in D$_2$O solution at 283 K by probing time-resolved vibrational spectra of photolyzed CO. Two absorption bands, arising from CO in the heme pocket, evolve nonexponentially in time. The band at higher energy side blue shifts and broadens with time and the one at lower energy side narrows significantly with a negligible shift. These spectral evolutions are induced by protein conformational changes following photolysis that modify structure and electric field of heme pocket, and ligand dynamics in it. The conformational changes affecting the spectrum of photolyzed CO in heme pocket likely modulates ligand-binding activity.
Kim, Min-Soo;Park, Chan-Hee;Lee, Jong-Ho;Myung, Hee-Joon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.2
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pp.328-333
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2008
A series of pep tides binding to the HCV NS5B polymerase was selected from phage display peptide libraries. A conserved motif of Ser-Arg-X-Arg/Leu was identified among the selected peptides, and Pep2 (Trp-Ser-Arg-Pro-Arg-Ser-Leu) was chosen for further characterization. The binding of Pep2 to HCV NS5B in vivo was shown by a yeast two-hybrid assay and by subcellular colocalization analysis using immunofluorescence confocal microscopy. The in vitro interaction was also confirmed by GST pulldown assay. The replication of the HCV 1b subgenomic replicon was efficiently inhibited by the presence of the peptide. By using a subtractive biopanning against Pep2, the binding site of the peptide was mapped at the pocket of Pro388 to Pro391 in the thumb subdomain of the polymerase. A yeast two-hybrid analysis using Pro388Ala and Pro391Ala mutants of NS5B confirmed the binding.
P38 mitogen activated protein (MAP) kinase is an important anti-inflammatory drug target, which can be activated by responding to various stimuli such as stress and immune response. Based on the conformation of the conserved DFG loop (in or out), binding inhibitors are termed as type-I and II. Type-I inhibitors are ATP competitive, whereas type-II inhibitors bind in DFG-out conformation of allosteric pocket. It remains unclear that how these allosteric inhibitors stabilize the DFG-out conformation and interact. Organosilicon compounds provide unusual opportunity to enhance potency and diversity of drug molecules due to their low toxicity. However, very few examples have been reported to utilize this property. In this regard, we performed docking of an inhibitor (BIRB) and its silicon analog (Si-BIRB) in an allosteric binding pocket of p38. Further, molecular dynamics (MD) simulations were performed to study the dynamic behavior of the simulated complexes. The difference in the biological activity and mechanism of action of the simulated inhibitors could be explained based on the molecular mechanics/generalized Born surface area (MM/GBSA) binding free energy per residue decomposition. MM/GBSA showed that biological activities were related with calculated binding free energy of inhibitors. Analyses of the per-residue decomposed energy indicated that van der Waals and non-polar interactions were predominant in the ligand-protein interactions. Further, crucial residues identified for hydrogen bond, salt bridge and hydrophobic interactions were Tyr35, Lys53, Glu71, Leu74, Leu75, Ile84, Met109, Leu167, Asp168 and Phe169. Our results indicate that stronger hydrophobic interaction of Si-BIRB with the binding site residues could be responsible for its greater binding affinity compared with BIRB.
The present communication deals with development of ten novel N-Phenyl-3-Pyridin-2-yl imino derivatives as vascular smooth muscle relaxants. The derivatives were prepared and optimized using pocket modelling and pharmacophore modelling. The 4 hydroxy substituted derivatives are showed potent activity comparable to the sildenafil.
The influence of solvent viscosity on conformational dynamics of the heme-pocket, a small vacant site near the binding site of myoglobin (Mb) and hemoglobin (Hb), and playing a functionally important role by serving as a station in ligand binding and escape, was studied by probing time-resolved vibrational spectra of CO photodissociated from MbCO and HbCO in $D_2O$, 75 wt% glycerol/$D_2O$, and trehalose at 283 K. Two absorption bands ($B_1$ and $B_2$) of the sample in viscous solvents, arising from CO in the heme pocket, are very similar to those in $D_2O$. Two bands in Mb and Hb under all three solvents exhibit very similar nonexponential spectral evolution ($B_1$ band; blue shifting and broadening, $B_2$ band; narrowing with a negligible shifting), suggesting that in the present experimental time window of 100 ps, the extents of the spectral shift and narrowing is much influenced neither by the viscosity of solvent nor by the quaternary contact of Hb. Spectral evolution can be described by a biexponential function with a fast universal time constant of 0.52 ps and a slow time constant ranging from 13 to 32 ps. For both proteins in all three solvents majority of spectral evolution occurs with the fast universal time constant. The magnitude of the slow rate in the spectral shift of B1 band decreases with increasing solvent viscosity, indicating that it is influenced by global conformational change which is retarded in viscous solvent, thereby serve as a reporter of global conformational change of heme proteins after deligation.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.11
no.3
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pp.75-81
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2011
Protein molecules are combined with another ones which have similar shapes at pocket positions. The pocket positions can be good references to describe the shapes of protein molecules. Harris corner detector is commonly used to detect feature points of 2 or 3D objects. Feature points can be found on the pocket areas and the points which have high derivatives. Generally speaking, the densities of feature points are relatively high at pocket areas because the shapes of pockets are concave. The pocket areas can be decided by the subdivision of voxel cubes which include feature points. The Euclidean distances between feature points and the central coordinate of the decided pocket area are calculated and sorted. The graph of sorted distances describes the shape of a protein molecule and the distribution of feature points. Therefore, it can be used to classify protein molecules by their shapes. Even though the shapes of protein molecules have been distorted with noises, they can be recognized with the accuracy more than 95 %. The accurate shape recognition provides the information to predict the binding properties of protein molecules.
The HIV-1 envelope glycoprotein gp120 plays a vital role in the entry of the virus into the host cells. The crucial role of the glycoprotein suggests gp120 as potential drug target for the future antiviral therapies. Identification of the binding mode of small drug like compounds has been an important goal in drug design. In the current study we attempt to propose binding mode of indole derivatives in the binding pocket of gp120. These derivatives are reported to inhibit HIV-1 by acting as attachment inhibitors that bind to gp120 and prevent the gp120-CD4 interaction and thus inhibit the infectivity of HIV-1. To elucidate the molecular basis of the small molecules interactions to inhibit the glycoprotein function we employed the molecular docking simulation approach. This study provides insights to elucidate the binding pattern of indole-based gp120 inhibitors and may help in the rational design of novel HIV-1 inhibitors with improved potency.
Kosoy, Ana;Moller, Carolina;Perdomo, Deisy;Bubis, Jose
BMB Reports
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v.37
no.2
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pp.260-267
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2004
Transducin (T), the heterotrimeric guanine nucleotide binding protein in rod outer segments, serves as an intermediary between the receptor protein, rhodopsin, and the effector protein, cGMP phosphodiesterase. Labeling of T with dansyl chloride (DnsCl) inhibited its light-dependent guanine nucleotide binding activity. Conversely, DnsCl had no effect on the functionality of rhodopsin. Approximately 2-3 mol of DnsCl were incorporated per mole of T. Since fluoroaluminate was capable of activating DnsCl-modified T, this lysine-specific labeling compound did not affect the guanine nucleotide-binding pocket of T. However, the labeling of T with DnsCl hindered its binding to photoexcited rhodopsin, as shown by sedimentation experiments. Additionally, rhodopsin completely protected against the DnsCl inactivation of T. These results demonstrated the existence of functional lysines on T that are located in the proximity of the interaction site with the photoreceptor protein.
P-glycoprotein (P-gp) is a member of the ATP-Binding Cassette transporter superfamily and mediates transmembrane efflux of many drugs. Since it is involved in multi-drug resistance activity in various cancer cells, the development of P-gp inhibitor is one of the major concerns in anticancer therapy. Human P-gp protein has at least two "functional" drug binding sites that are called "H" site and "R" site, hence it has multi-binding-specificities. Though the amino acid residues that constitute in drug binding pockets have been proposed by previous experimental evidences, the shapes and the binding poses are not revealed clearly yet. In this study, human P-gp structure was built by homology modeling with available crystal structure of mouse P-gp as a template and docking simulations were performed with inhibitors such as verapamil, hoechst33342, and rhodamine123 to construct the interaction between human P-gp and its inhibitors. The docking simulations were performed 500 times for each inhibitor, and then the interaction frequency of the amino acids at the binding poses was analyzed. With the analysis results, we proposed highly contributing residues that constitute binding pockets of the human P-gp for the inhibitors. Using the highly contributing residues, we proposed the locations and the shapes of verapamil binding site and "R" site, and suggested the possible position of "H" site.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2002.06b
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pp.15-15
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2002
Cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) regulate physiological processes by degrading ubiquitous intracellular second messengers, cAMP or cGMP. The first crystal structure of PDE4D catalytic domain and a bound inhibitor, zardaverine, was determined. Zardaverine binds to a highly conserved pocket that includes the catalytic metal binding site.(omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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