Predicted IL-18/IL-18R Binding Improvement Through Protein Interface Modification with Computer-aided Design
Thesis (M.Sc., Biomedical Sciences)--Prince of Songkla University, 2021
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Theses and Dissertations |
| Language: | English |
| Published: |
Prince of Songkla University
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18163 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Institution: | Prince of Songkhla University |
| Language: | English |
| id |
th-psu.2016-18163 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
Prince of Songkhla University |
| building |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| continent |
Asia |
| country |
Thailand Thailand |
| content_provider |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| collection |
PSU Knowledge Bank |
| language |
English |
| topic |
Cytokine-mediated immunotherapy Structure-guided design Cytokines Protein binding |
| spellingShingle |
Cytokine-mediated immunotherapy Structure-guided design Cytokines Protein binding Napat Prompat Predicted IL-18/IL-18R Binding Improvement Through Protein Interface Modification with Computer-aided Design |
| description |
Thesis (M.Sc., Biomedical Sciences)--Prince of Songkla University, 2021 |
| author2 |
Varomyalin Tipmanee |
| author_facet |
Varomyalin Tipmanee Napat Prompat |
| format |
Theses and Dissertations |
| author |
Napat Prompat |
| author_sort |
Napat Prompat |
| title |
Predicted IL-18/IL-18R Binding Improvement Through Protein Interface Modification with Computer-aided Design |
| title_short |
Predicted IL-18/IL-18R Binding Improvement Through Protein Interface Modification with Computer-aided Design |
| title_full |
Predicted IL-18/IL-18R Binding Improvement Through Protein Interface Modification with Computer-aided Design |
| title_fullStr |
Predicted IL-18/IL-18R Binding Improvement Through Protein Interface Modification with Computer-aided Design |
| title_full_unstemmed |
Predicted IL-18/IL-18R Binding Improvement Through Protein Interface Modification with Computer-aided Design |
| title_sort |
predicted il-18/il-18r binding improvement through protein interface modification with computer-aided design |
| publisher |
Prince of Songkla University |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18163 |
| _version_ |
1767194632544845824 |
| spelling |
th-psu.2016-181632023-05-16T03:37:13Z Predicted IL-18/IL-18R Binding Improvement Through Protein Interface Modification with Computer-aided Design การปรับปรุงประสิทธิภาพการจับของโปรตีนอินเตอร์ลิวคิน-18 กับ โปรตีนตัวรับผ่านการดัดแปลงบริเวณอินเตอร์เฟสด้วยวิธีการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบ Napat Prompat Varomyalin Tipmanee Faculty of Medicine (Biomedical Sciences) คณะแพทยศาสตร์ ภาควิชาชีวเวชศาสตร์ Cytokine-mediated immunotherapy Structure-guided design Cytokines Protein binding Thesis (M.Sc., Biomedical Sciences)--Prince of Songkla University, 2021 Cytokine-mediated immunotherapy has rapidly emerged as an effective alternative approach for cancer treatment by modulating the anti-tumor response. Interleukin-18 (IL-18) has considered as a promising cancer therapeutic agent due to the ability of cytokine to inhibit cancer by enhancing natural killer (NK) cell and cytotoxic T cell responses. Since the activity of IL-18 required the specific binding to IL-18 receptors, the modification of binding residue at the interface of proteins is an attractive strategy for IL-18 activity enhancement. An aim of this study was thus to design and predict mutations increasing the activity of IL-18 through the integration of computational structure-based energy calculation and molecular dynamic simulations, using a crystal structure of human IL-18 in complex with the receptor as a template. We performed in silico saturation mutagenesis by mutating each of the unfavorable interface binding residues of IL-18. The relative free energy changes upon mutation (ΔΔG) were computed using FoldX algorithm. An interested mutation was selected based on two criteria: (1) the most favorable free energy contribution, and (2) the structural conservation. From total 227 possible mutations, four potential mutations were finally obtained. The selected four candidate mutations were E6M, E6M+N111S+R131G, E6M+K129M+R131G, and E6M+N111S+K129M+R131G could increase the receptor binding affinity and stability compared to the wild-type. The main interaction was due to the electrostatic interaction. These in silico acquired mutations were further investigated their impact on the overall structure and dynamic behavior using molecular dynamics simulation at 310 K and 1 atm. MD simulations demonstrated that the predicted mutation on IL-18 had no influence on the overall conformation stability, but increased flexibility in the β8-β9 hairpin loop. Furthermore, the dynamic behavior suggested that four mutation candidates could alter the biological activity of IL-18. In summary, this study offered a computer-aided design strategy, which was a beneficial use of the design and development of IL-18 for increasing its cytokine potency and efficiency. การรักษาโรคมะเร็งด้วยวิธีภูมิคุ้มกันบำบัดโดยการใช้ไซโตไคน์ หรือ Cytokine-mediated immunotherapy เป็นแนวทางหนึ่งในการรักษาโรคมะเร็งที่มีประสิทธิภาพผ่านการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายให้ตอบสนองต่อการยับยั้งและกำจัดเซลล์มะเร็ง อินเตอร์ลิวคิน-18 เป็นไซโตไคน์ได้รับการรายงานถึงความสำคัญในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันต้านมะเร็งโดยทำหน้าที่ส่งเสริมการทำงานของเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิด Natural killer cells และ Cytotoxic T lymphocytes ในการยับยั้งเซลล์มะเร็งให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น การทำงานของอินเตอร์ลิวคิน-18 จำเป็นต้องอาศัยการจับในบริเวณที่มีความจำเพาะกับโมเลกุลตัวรับบนเซลล์เป้าหมายและการดัดแปลงกรดอะมิโนที่ บริเวณดังกล่าวจัดเป็นแนวทางที่น่าสนใจในการพัฒนาประสิทธิภาพของอินเตอร์ลิวคิน-18 งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อออกแบบและทำนายการเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนที่มีแนวโน้มที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอินเตอร์ลิวคิน-18 ด้วยเทคนิคทางคอมพิวเตอร์ในการคำนวณค่าพลังงานอิสระในการจับร่วมกับการจำลองแบบทางพลวัตเชิงโมเลกุลโดยใช้โครงสร้างสามมิติของอินเตอร์ลิวคิน-18 ที่จับอยู่กับตัวรับเป็นแม่แบบในการออกแบบ ผู้วิจัยได้ทำการเปลี่ยนกรดอะมิโนของอินเตอร์ลิวคิน-18 ตรง บริเวณเข้าจับกับตัวรับเป็นกรดอะมิโนรูปแบบต่างๆและคำนวณค่าพลังงานอิสระในการจับด้วยโปรแกรม FoldX โดยการกลายพันธุ์ที่สนใจจะเลือกจากหลักเกณฑ์ คือ 1) ค่าพลังงานที่ต่ำที่สุด และ 2) การสังเกตเชิงโครงสร้าง จากการศึกษาพบว่ามีการกลายพันธุ์ที่มีศักยภาพควรให้ค่าพลังงานที่เหมาะสมและยังคงรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างจำนวน 4 รูปแบบจากทั้งหมด 227 รูปแบบ ได้แก่E6M, E6M+N111S+R131G, E6M+K129M+R131G และ E6M+N111S+K129M+R131G โดยการเข้าจับกันของโปรตีนทั้งสองผ่านทางแรงยึดเหนี่ยวที่สำคัญคือแรงประจุไฟฟ้าสถิตส่งผลให้เกิดการเพิ่มขึ้นของความสามารถการจับกันและเสถียรภาพของโปรตีนเมื่อเทียบกับโปรตีนอินเตอร์ลิวคิน-18 ปกติ ทั้งนี้ผู้วิจัยได้ศึกษาผลของการเปลี่ยนกรดอะมิโนของทั้ง 4 รูปแบบต่อโครงสร้างและพฤติกรรมเชิงพลวัตของอินเตอร์ลิวคิน-18 ด้วยเทคนิคการจำลองแบบทางพลวัตเชิงโมเลกุลที่อุณหภูมิ 310 เคลวิน และความดัน 1 ความดันบรรยากาศ พบว่าการกลายพันธุ์ดังกล่าวไม่ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างโดยรวมของอินเตอร์ลิวคิน-18 แต่เพิ่มความยืดหยุ่นในบริเวณโครงสร้างรูปห่วง (β8-β9 hairpin loop) นอกจากนี้การกลายพันธุ์ทั้ง 4 แบบยังส่งผลต่อประสิทธิภาพในการทำงานของอินเตอร์ลิวคิน-18 ได้ โดยสรุปแล้วงานวิจัยนี้ได้นำเสนอวิธีการทางคอมพิวเตอร์ซึ่งอาศัยความรู้เชิงโครงสร้างของโปรตีนที่เป็นประโยชน์ในการออกแบบและพัฒนาอินเตอร์ลิวคิน-18 ให้มีศักยภาพและประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น 2023-05-16T03:36:56Z 2023-05-16T03:36:56Z 2021 Thesis http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18163 en Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ application/pdf Prince of Songkla University |