BINDING AND DYNAMICS OF HEPATITIS C VIRUS NS3/4A SERINE PROTEASE AND INFLUENZA A NEURAMINIDASE IN COMPLEXATION WITH INHIBITORS BY MM AND QM/MM SIMULATIONS - Arthitaya Meeprasert (Chulalongkorn University, 2013)
เอนไซม์เอ็นเอส3/4เอ โปรทีเอสและนิวรามินิเดสมีบทบาทสำคัญในการตัดพันธะเปปไทด์และพันธะไกลโคไซด์ระหว่างการจำลองตัวของเชื้อไวรัสตับอักเสบซีและไข้หวัดใหญ่ตามลำดับ ดังนั้นเอนไซม์เอ็นเอส3/4เอและนิวรามินิเดสทั้งชนิดดั้งเดิมและชนิดกลายพันธุ์ H274Y ของเชื้อไข้หวัดสายพันธุ์ H5N1 และ pH1N1 จึงเป็นที่สนใจ โดยในขั้นต้นได้อาศัยเทคนิคการจำลองพลวัตเชิงโมเลกุลแบบดั้งเดิมเพื่อศึกษารูปแบบการยึดจับ อันตรกิริยาการเข้าจับและประสิทธิภาพการยึดจับระหว่างเอนไซม์เอ็นเอส3/4เอกับสารยับยั้ง (โบเซพรีเวียร์ เทลาพรีเวียร์ ดาโนพรีเวียร์ และบีไอ201335) และเอนไซม์นิวรามินิเดสทั้ง 4 สายพันธุ์กับลานินามิเวียร์ จากการคำนวณพลังงานเสรีแบบแยกของแต่ละกรดอะมิโนโดยอาศัยวิธีการแก้สมการกลศาสตร์เชิงโมเลกุลแบบโมเดลทั่วไปของบอร์น (Generalized Born model) พบว่ากรดอะมิโนที่ตำแหน่ง 41-43 57 81 136-139 155-159 และ 168 ของเอนไซม์เอ็นเอส3/4เอ และ 118-119 151-152 178 224 227 276 292 and 371 ของเอนไซม์นิวรามินิเดสทั้ง 4 สายพันธุ์ มีความสำคัญต่อการยึดจับระหว่างเอนไซม์และสารยับยั้ง นอกจากนี้ยังพบว่าแรงแวนเดอร์วาลส์เป็นแรงกระทำหลักที่ช่วยให้การยึดจับของสารยับยั้งการทำงานของเอนไซม์เอ็นเอส3/4เอมีเสถียรภาพ ขณะที่แรงกระทำหลักที่ช่วยรักษาเสถียรภาพของการยึดจับระหว่างเอนไซม์นิวรามินิเดสกับสารยับยั้งคือแรงระหว่างประจุ อย่างไรก็ตามมีการตรวจพบว่ายาที่ใช้รักษาส่งผลข้างเคียงผู้ป่วยไวรัสตับอักเสบ สารยับยั้งการทำงานของเอนไซม์เอ็นเอส3/4เอจึงยังคงเป็นที่ต้องการ ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงได้ค้นหายาที่มีประสิทธิภาพจากสารประกอบในฐานข้อมูล ZINC ทั้งหมด 40 ลิแกนด์ โดยอาศัยเทคนิคการจำลองพลวัตเชิงโมเลกุลแบบสเตียร์บนข้อสมมติฐานที่ว่าลิแกนด์ที่ใช้แรงฉีกมากแสดงว่าทีประสิทธิภาพในการยึดจับกับเอนไซม์ได้ดี ซึ่งจากการศึกษาพบว่าที่สารประกอบ 9 ตัวที่น่าจะดีเทียบเท่าหรือดีกว่าสารยับยั้งทั้ง 4 ตัว บนพื้นฐานเทคนิคการจำลองพลวัตเชิงโมเลกุลที่ผสมผสานกลศาสตร์ควอนตัมและกลศาสตร์โมเลกุล (QM/MM MD) โดยใช้ระเบียบวิธี SCC-DFTB สำหรับการคำนวณกลศาสตร์ควอนตัม พบว่ากลไกการเกิดปฏิกิริยาเอซิลเลชันของเอนไซม์เอ็นเอส3/4เอกับโบเซพรีเวียร์และเทลาพรีเวียร์นั้นเกิดผ่านกลไกแบบคอนเซิดเต็ดเช่นเดียวกับสารตั้งต้นตามธรรมชาติ โดยค่าพลังงานก่อกัมมันต์สำหรับการเกิดปฏิกิริยาแบบย้อนกลับของทั้งสองระบบมีค่าประมาณ 19-23 kcal/mol ซึ่งค่าพลังงานดังกล่าวใกล้เคียงกับผลที่ได้จากการทดลอง