Molecular Modelling Untersuchungen an der humanen Proteinkinase CK2

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Die Proteinkinase CK2 (früher bekannt als Caseinkinase 2) ist eine Ser/Thr-Kinase aus der Superfamilie der so genannten eukaryotischen Proteinkinasen. Sie scheint an einer Reihe pathologischer Prozesse wie Tumorgenese und viralem Überleben beteiligt zu sein, so dass sie ein interessantes Target für die Arzneistoffentwicklung darstellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mittels computergestützter theoretischer Methoden die molekularen Wechselwirkungen von Liganden mit der CK2 untersucht. Zuerst wurde mit Hilfe von kristallstrukturen der CK2α aus Zea mays mittels Homology Alignment-Methoden eine stereochemisch erlaubte aktivierte katalytische Domäne des humanen Enzyms (mhCK2α) modelliert, mit der dann das Bindungsverhalten von ATP und GTP in der Active Site moleküldynamisch untersucht wurde. Im Ergebnis ließ sich die Präferenz des Enzyms für ATP gegenüber GTP adäquat simulieren. Außerdem erhielt man Informationen über die Stabilität von an der Cosubstratbindung beteiligten cokristallisierten Wassermolekülen. Insbesondere scheinen zwei Wassermoleküle (Wat-A und Wat-B) essentiell für die duale Cosubstratspezifität der CK2 zu sein. Im Anschluss wurden die Komplexe der mhCK2α mit den Inhibitoren Emodin und IQA zu MD-Untersuchungen herangezogen. Aus Docking-Untersuchungen mit Indeno[1,2-b]indolen – neuen potenten Inhibitoren der humanen CK2 – resultierten Bindungsgeometrien, die wie typische CK2-Inhibitoren absolut coplanar zu den natürlichen Cosubstraten ATP und GTP in der purine base binding plane lagen. Mit GRID berechnete molekulare Interaktionsfelder in der Active Site stimmten sehr gut mit den gefundenen Wechselwirkungsgeometrien überein. MDSimulationen zeigten für den Indenoindol 6b einen besonders stabilen Bindungsmodus. Ausgehend von dem Bindungsmodus des Liganden 6b wurde unter Einsatz von GRID ein proteinbasiertes Design neuer struktureller Variationen der Indenoindole durchgeführt, um deren Wechselwirkungsspektrum in der Active Site zu erweitern. Diese Strukturen wurden in einer anschließenden Docking-Analyse signifikant besser bewertet, als die Muttersubstanz 6b. Eine MD-Simulation einer neuen Struktur L6b_02 unterstützte die vermutete sehr gute Stabilität der vorgeschlagenen Wechselwirkungsgeometrien. Auf Basis der vorgeschlagenen Indenoindole wurde zum Abschluss dieser Arbeit ein virtuelles Screening des drug like Molekülsatzes aus der ZINC-Datenbank durchgeführt. Anhand diverser Filter (FTREES, visuelle Analyse) konnte eine Vorauswahl von 44 Strukturen für die folgende Docking-Analyse gewonnen werden. Zu guter Letzt wurden die Docking-Ergebnisse mit GRID-Feldern kontrolliert und acht der 20 am besten bewerteten Strukturen einer experimentellen Testung unterzogen.