Article

 

Homology Modeling and Blind Docking Approach Studies of Pig Heart Fumarase

 

José Trujillo-Ferrara,¹ Martha Cecilia Rosales-Hernández,¹ José Correa-Basurto*^1,2

 

¹ Sección de Estudios de Posgrado e Investigación y Departamento de Bioquímica, Escuela Superior de Medicina, Instituto Politécnico Nacional, Plan de San Luis y Díaz Mirón, México, D.F., 11340, México. Tel/Fax *52 55 7296000 Ext. 62747. jcorreab@ipn.mx

² Departamento de Farmacología, Escuela Superior de Medicina, Instituto Politécnico Nacional, Plan de San Luis y Díaz Mirón, México, D.F., 11340, México.

 

Recibido el 21 de marzo de 2007
Aceptado el 23 de noviembre de 2007

 

Abstract

The fumarase is an enzyme that could be used as target in drug design to treat infections by Helicobacter pylori and Trypanosoma brucei. In the first step, homology modeling was employed to build the 3D structure of pig heart fumarase (FUM P). Then, Q-Site Finder program was used to identify the potential binding sites of FUM P and fumarase of Saccharomyces cerevisiae (FUM Y). Further, molecular docking of arylderivatives substituted at the aromatic ring with an electron withdrawing or donating groups were evaluated on FUM P and on FUM Y to validate the homology model. The homology model of FUM P showed a structure very similar (70.33 % of identity in sequence) to the crystal structure of FUM Y. Some active sites were identified by Q-Site Finder server on FUM P and on FUM Y which could correspond to sites A and B. The docking results showed that some compounds were bonded at the site A on FUM P and FUM Y being those with electron withdrawing groups with more affinity on FUM P, suggesting that electronic effects are the more important ones during the recognition process by FUM P.

Key words: Homology, docking, arylderivatives, pig heart fumarase.

 

Resumen

La fumarasa es un enzima que podría ser usada como blanco en el diseño de drogas para el tratamiento de infecciones por Helicobacterpylori y Trypanosoma brucei. En este trabajo, se creó la estructura en tercera dimensión (3D) de la fumarasa de corazón de cerdo (FUM P) usando modelado por homología tomando como templete a la fumarasa de Saccharomyces cerevisiae (FUM Y). Después, se usó el programa Q-Site Finder para identificar los posibles sitios de unión de FUM P y FUM Y. Posteriormente, se efectuaron estudios de acoplamiento molecular de un grupo de derivados aril monosustituidos con grupos electrodonadores y electroatractores, sobre la FUM P y la FUM Y, con el fin de validar el modelo por homología. La estructura en 3D de la FUM P mostró alta semejanza estructural (70.33 %) con la estructura cristalina de la FUM Y. Algunos sitios de unión de FUM P identificados con el programa Q-Site Finder corresponden a los sitios A y B de FUM Y. Los resultados de docking mostraron que algunos compuestos interactúan en el sitio A de FUM P FUM Y, siendo los de mayor afinidad aquellos que tienen electroatractores sobre FUM P, lo que sugiere que los efectos electrónicos son los más importantes durante el proceso de reconocimiento para FUM P.

Palabras clave: Homología, acoplamiento, arilderivados, fumarasa de corazón de cerdo.

 

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Acknowledgements

The authors thank to CONACYT (62488), COFAA-SIP/IPN (20070140) for financial support.

 

References

1. Jato-Rodriguez, J. J.; Hudson, A. J.; Strickland, K. P. Enzyme 1972, 13, 286-292.         [ Links ]

2. Weaver, T.; Banaszak, L. Biochemistry 1996, 35, 13955-13965.         [ Links ]

3. Weaver, T.; Lees, M.; Zaitsev, V.; Zaitseva, I.; Duke, E.; Lindley, P.; McSweeny, S.; Svensson, A.; Keruchenko, J.; Keruchenko, I.; Gladilin, K.; Banaszak, L. J. Mol. Biol. 1998, 280, 431-442.         [ Links ]

4. Rose, I. A.; Weaver, T. M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 3393-3397.         [ Links ]

5. Beeckmans, S.; Van Driessche, E. J. Biol. Chem. 1998, 273, 31661-31669.         [ Links ]

6. Schwede, T.; Kopp, J.; Guex, N.; Peitsch, M. C. Nucleic. Acids. Res. 2003, 31, 3381-3385.         [ Links ]

7. Guex, N.; Peitsch, M. C. Electrophoresis 1997, 18, 2714-2723.         [ Links ]

8. Peitsch, M. C. Bio/Technology 1995, 13, 658.         [ Links ]

9. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Zakrzewski, V. G.; Montgomery, J. A.; Stratmann, R. E.; Burant, J. C.; Dapprich, S.; Millam, J. M.; Daniels, A. D.; Kudin, K. N.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Tomasi, J.; Barone, V.; Cossi, M.; Cammi, R.; Mennucci, B.; Pomelli, C.; Adamo, C.; Clifford, S.; Ochterski, J.; Peterson, G. A.; Ayala, P. Y.; Cui, Q.; Morokuma, K.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; Baboul, A. G.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Gonzalez, C.; Head-Gordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A.; Gaussian 98, Revision A.9, Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA 1998.         [ Links ]

10. Morris, G. M.; Goodsell, D. S.; Halliday, R. S.; Huey, R.; Hart, W. E.; Belew, R. K.; Olson, A. J. J. Comput. Chem. 1998, 19, 1639-1662.         [ Links ]

11. Skagerberg, B.; Bonelli, D.; Clementi, S.; Cruciani, G.; Ebert, C. Quant. Struct. Act. Relat. 1989, 8, 32-38.         [ Links ]

12. Bartzatt, R.; Donigan, L. AAPS PharmSciTech 2006, 7, E35.         [ Links ]

13. Suresh, C. H. Inorg. Chem. 2006, 45, 4982-4986.         [ Links ]

14. Laurie, A. T.; Jackson. R. M. Bioinformatics 2005, 21, 1908-1916.         [ Links ]

15. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graph. 1996, 14, 33-38.         [ Links ]

16. Ge, Z.; Feng, Y.; Dangler, C. A.; Xu, S.; Taylor, N. S.; Fox. J. G. Microb. Pathog. 2000, 29, 279-287.         [ Links ]

17. Mendz, G. L.; Hazell, S. L.; Srinivasan. S. Arch. Biochem. Biophys. 1995, 321, 153-159.         [ Links ]

18. Zhang, L.; Shen, L.; Ma, J. L.; Pan, K. F.; Liu, W. D.; Li, J.; Xiao, S. D.; Lin, S. R.; Classen, M.; You. W. C. Word J. Gastroenterol 2006, 12, 3915-3918.         [ Links ]

19. Daghaghzadeh, H.; Emami, M. H.; Karimi, S.; Raeisi, M. J. Gastroenterol. Hepatol. 2007, 22, 1399-1403.         [ Links ]

20. Godoy, A. P.; Reis, F. C.; Ferraz, L. F.; Gerrits, M. M.; Mendonca, S.; Kusters, J. G.; Ottoboni, L. M.; Ribeiro, M. L.; Pedrazzoli, J Jr. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2007, 50, 226-230.         [ Links ]

21. Pitson, S. M.; Mendz, G. L.; Srinivasan, S.; Hazell, S. L. Eur. J. Biochem. 1999, 260, 258-267.         [ Links ]

22. Tseng, C. A.; Wu, J. Y.; Pan, Y. S.; Yu, F. J.; Kuo, C. H.; Lu, C. Y.; Su, Y. C.; Wu, D. C.; Perng, D. S.; Jan, C. M.; Wang. W.M. Hepatogastroenterology 2005, 52,1636-1640.         [ Links ]

23. Coustou, V.; Biran, M.; Besteiro, S.; Riviere, L.; Baltz, T.; Franconi, J. M.; Bringaud, F. J. Biol. Chem. 2006, 281, 26832-26846.         [ Links ]

24. Zarghi, A.; Praveen Rao, P. N.; Knaus, E. E. . Bioorg. Med. Chem. 2007, 15, 1056-1061.         [ Links ]

25. Basurto J. C.; Aburto, J.; Ferrara J. T.; Torres. Mol. Simul. 2007, 33, 649-654.         [ Links ]

26. Busenlehner, L. S.; Alander, J.; Jegerscohld, C.; Holm, P. J.; Bhakat, P.; Hebert, H.; Morgenstern, R.; Armstrong, R. N. Biochemistry 2007, 46, 2812-2822.         [ Links ]

27. Zhang, Y.; Kua, J.; McCammon, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10572-10577.         [ Links ]

28. Correa-Basurto, J.; Flores-Sandoval, C.; Marín-Cruz, J.; Rojo-Domínguez, A.; Espinoza-Fonseca, L. M.; Trujillo-Ferrara, J. Eur. J. Med. Chem. 2007, 42, 10-19.         [ Links ]

29. Teipel, J. W.; Hill. R. L. J. Biol. Chem. 1971, 246, 4859-4865.         [ Links ]