Modelování vlivu složení fosfolipidové membrány na strukturu a dynamiku cytochromů P450.

Abstract

Cytochrom P450 1A2 je jedním z nejdůležitějších enzymů podílejících se na biotransformaci xenobiotik v lidském těle. Jedná se o enzym ukotvený v membráně pomocí transmembránového α-helixu. Složení fosfolipidové membrány může mít vliv na strukturu a dynamiku tohoto enzymu. V této práci byl vytvořen optimalizovaný atomární model plnodélkového lidského cytochromu P450 1A2 v POPC (1,2-palmitoyl-oleoyl-sn-glycero-3- fosfocholin) membráně z krystalové struktury jeho katalytické domény. Pro sestavení a optimalizaci modelu, který obsahoval části, o nichž nejsou k dispozici žádné strukturní informace, bylo využito metod molekulové dynamiky. Výsledný model byl podroben detailní analýze své struktury a dynamiky a byl porovnán s analogickým modelem v DLPC (1,2- dilauroyl-sn-glycero-3-fosfocholin) membráně. Ukázalo se, že složení membrány zásadním způsobem ovlivňuje dynamiku transmembránové domény a její kontakt s katalytickou doménou. Tlustší POPC membrána měla za následek menší kontakt obou domén, což vedlo k částečnému vynoření katalytické domény z membrány. Zároveň bylo pozorováno pronikání zbytku kyseliny palmitové molekuly POPC do tunelu 2f v jedné z trajektorií. Součástí práce byla analýza přístupových tunelů do aktivního centra cytochromu P450 1A2 a vliv složení membrány na jejich dynamiku. V enzymu se...

Cytochrome P450 1A2 is one the most important enzymes that take part in phase I of biotransformation of xenobiotics in human body. This enzyme is anchored in membrane via transmembrane α-helix. Composition of the phospholipid membrane can affect structure and dynamics of this enzyme. In this thesis optimized full-length all-atom model of cytochrome P450 1A2 in POPC (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) membrane was created based on crystal structure of catalytic domain of this enzyme. Methods of molecular dynamics were used for creation and optimization of the model which contained parts with unknown structure. The optimized model was subjected to thorough analysis of its structure and dynamics and compared to a similar model with DLPC (1,2-dilauroyl-sn-glycero-3- phosphocholine) membrane. The results show that the composition of the membrane significantly affects dynamics of transmembrane domain and its contact with catalytic domain. Usage of the thicker POPC membrane resulted in smaller contact between both domains which caused partial emergence of the catalytic domain from membrane. Penetration of palmitoyl chain of POPC into tunnel 2f was observed in one the trajectories. Analysis of pathways to active site of cytochrome P450 1A2 and the influence of the membrane composition on...