Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Flavonoids act as positive allosteric modulators of lecithin:cholesterol acyltransferase in silico

Show full item record

Title: Flavonoids act as positive allosteric modulators of lecithin:cholesterol acyltransferase in silico
Author(s): Niemelä, Akseli
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Degree program: Master 's Programme in Pharmacy
Specialisation: Biopharmaceutics
Language: English
Acceptance year: 2022
Abstract:
Lesitiini:kolesteroli asyylitransferaasi (LCAT), joka on avainentsyymi korkean tiheyden lipoproteiinien (HDL) kehityksessä, on ollut lääkekehityksen kohteena kolesterolin takaisinkuljetuksen edistämiseksi. Esimerkkinä tästä ovat Daiichi Sankyon kehittämät pienimolekyyliset positiiviset allosteeriset modulaattorit (PAM). Joukolle näistä molekyyleistä on selvitetty niiden EC50 arvot, sitoutumiskohta LCAT:n membraaniin sitoutuvassa domeenissa (MBD) sekä niiden kyky nostaa LCAT:n Vmax arvoa. Molekyylidynamiikkasimulaatioilla (MD) löysimme ennen kvalitatiivisen mittarin jolla pystyi määrittämään aktivoiko molekyyli LCAT:ia. Siispä tässä tutkimuksessa pyrimme parantamaan tätä mittaria kvantitatiiviseksi, jonka seurauksena löysimme, että näiden molekyylien Vmax arvot korreloivat CYS50 ja ASN65 aminohappojen Cα etäisyyden kanssa, ja että tätä etäisyyttä voidaan käyttää uusien molekyylien Vmax arvojen ennustamiseen. Suoritimme myös lisäsimulaatioita selvittääksemme miten lipidikaksoiskalvo vaikuttaa tähän etäisyyteen, sekä paljastaaksemme polun, jonka molekyylit ottavat päästäkseen sitoutumiskohtaansa MBD:ssä. Sillä LCAT:n aktivaatiolla on todennäköisesti myönteinen ja helposti havaitsematon vaikutus, suoritimme virtuaaliseulonnan FDA:n hyväksymille molekyyleille sekä LCAT:iin liittyville sekundäärimetaboliiteille. Sekundäärimetaboliiteista keskeinen löytö oli, että erityisesti flavonoidit sitoutuivat MBD:hen voimakkaasti telakointisimulaatioissa. Parhaiten sitoutuville molekyyleille suoritimme MD simulaatiot niiden Vmax arvojen selvittämiseksi löytämällämme mittarilla. Näin saimme joukon molekyylejä, joita voidaan käyttää in silico mallimme validoimiseksi in vitro. Mikäli tämä malli validoidaan, sitä voidaan hyödyntää uusien LCAT:n PAM:ien optimoinnissa ja löydössä, sekä se korostaisi MD:n hyötyä lääkkeiden löytämisprosesseissa yleisesti. Lisäksi jos löytämämme molekyylit kykenevät aktivoimaan LCAT:ia in vitro, niitä voidaan käyttää uusien PAM:ien esiasteina, tai jopa terapioina itsenään ei pelkästään LCAT:n puutostauteja vastaan vaan kenties myös sepelvaltimotautia vastaan.
Lecithin:cholesterol acyltransferase (LCAT), a key enzyme in maturating high-density lipoprotein (HDL) particles, has been targeted to promote the efficiency of reverse cholesterol transport by small molecular positive allosteric modulators (PAM) of Daiichi Sankyo. For a set of these compounds their Vmax and EC50 values and binding site in the membrane-binding domain (MBD) of LCAT have been determined. Through molecular dynamics (MD) simulations we previously found a metric that qualitatively described which compounds were active, so in this study we aimed to improve it by finding a quantitative metric. This led to the discovery of the Cα distance between CYS50 and ASN65, which correlates with this set’s Vmax values and which can be utilized to predict the Vmax values of novel compounds. Additional simulations were performed to discover whether this metric is changed by a lipid interface present, and to reveal a likely entry pathway PAMs take. As LCAT activation is likely a benign and potentially overlooked effect, we performed a virtual screen of FDA-approved compounds and secondary metabolites associated with LCAT. From secondary metabolites, a key finding was that flavonoids were overwhelmingly associated with LCAT and had a high binding potential to the MBD in docking simulations. The best binding compounds were subjected to MD simulations to discover their Vmax values using the discovered metric. This provided us with a set of compounds, which can be used to validate our in silico model in vitro. Should this model be validated, it can be used in optimising and discovering novel PAMs of LCAT, and it would bring evidence to the benefit of MD in drug discovery processes in general. Furthermore, if our discovered compounds can activate LCAT in vitro, they may be used as precursors for novel PAMs or as therapies by themselves not only for LCAT deficiencies, but perhaps for atherosclerotic cardiovascular diseases as well.
Keyword(s): lecithin:cholesterol acyltransferase molecular modeling virtual screening molecular dynamics docking allosteric modulator flavonoid


Files in this item

Files Size Format View
Niemela_Akseli_ProGradu_2022.pdf 6.515Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record