Modelování interakcí cytochromů P450 s flavodoxinem

Abstract

Cytochromy P450 jsou různorodá skupina hemových enzymů vyskytujících se u vět- šiny organismů na Zemi. U lidí zasahují např. do metabolismu cizorodých látek, bakterie jsou schopné díky nim metabolizovat různé hydrofobní substráty. Obecnou reakcí kata- lyzovanou cytochromy P450 je monooxygenace, tedy vnesení jednoho atomu z molekuly kyslíku do substrátu a redukce druhého za vzniku vody. Pro redukci kyslíku je třeba dodávat elektrony, jako donor elektronů u eukaryot obvykle slouží NADPH:cytochrom P450 oxidoreduktasa či cytochrom b5, u bakterií však donorem elektronů bývají malé FeS proteiny a flavoproteiny Již dříve bylo ukázáno, že bakteriální donor elektronů fla- vodoxin je schopen dodávat elektrony některým lidským cytochromům P450 in vitro. V této práci jsem se snažil ověřit hypotézu, že flavodoxin je zodpovědný za redukci vybraných lidských (1A2, 2A6, 2A13, 2C9, 2C19, 3A4) a bakteriálních (101A1 a 176A1) cytochromů P450 heterologně exprimovaných v buňkách Escherichia coli. Ke studiu byly použity techniky molekulového modelování. Byla navržena sada možných orientací komplexu jednotlivých cytochromů P450 s flavodoxinem metodou řízeného "dockingu a následně byla ověřena stabilita těchto komplexů řízenou disociací. Byly vybrány nejstabilnější orientace pro každý cytochrom P450, ty byly dále optimalizovány...

Cytochromes P450 are diverse group of heme enzymes found in most species on Earth. In humans they are involved in metabolism of foreign compounds or steroids, bacteria employ cytochromes P450 for utilization of various hydrophobic substrates. General reaction catalyzed by cytochromes P450 is monooxygenation, when one atom of oxygen molecule is introduced into the substrate, while the other is reduced producing water. NADPH:cytochrome P450 oxidoreductase or cytochrome b5 usually serves as an electron donor providing electrons needed for activation of oxygen in eukaryotic organisms, in bacteria small FeS proteins or flavoproteins are these electron donors. It was shown earlier that bacterial electron donor flavodoxin could also interact with human cytochromes P450 in vitro. This thesis employs molecular modeling techniques to support a hypothesis that flavodoxin is responsible for reduction of human (1A2, 2A6, 2A13, 2C9, 2C19, 3A4) and bacterial (101A1 a 176A1) cytochromes P450 heterologously expressed in Escherichia coli. An initial guess of possible mutual orientations of cytochrome P450 and flavodoxin was predicted using information-driven protein-protein docking. The stability of these complexes was examined by directed dissociation method. The most stable orientation for each cytochrome P450 was further...