Hamowanie agregacji ludzkiej amyliny: badania in silico i in vitro

Amylina, 37-aminokwasowy peptyd, jest związana zarówno z fizjologicznymi, jak i patologicznymi procesami zachodzącymi w organizmach. Peptyd działa jako hormon wydzielania wewnętrznego, który odgrywa istotną rolę w regulacji poziomu glukozy we krwi. W warunkach patologicznych, zwłaszcza podczas stanu hiperglikemii, peptyd staje się nierozpuszczalny i podatny na agregację. Amylina jest głównym składnikiem złogów amyloidu w cukrzycy typu 2. Mechanizm i możliwości hamowania procesu agregacji są nadal w trakcie badań. Ta praca zawiera przegląd literaturowy, obliczenia kinetyczne dla badanych in-vitro potencjalnych inhibitorów agregacji, oraz eksperyment in-silico symulacji dynamiki molekularnej. Obliczenia kinetyczne zostały przeprowadzone według dwuetapowego modelu reakcji autokatalitycznej. Badane inhibitory wykazały większą aktywność w drugim etapie tego procesu, wydłużaniu włókien. Eksperyment in-silico ocenił różne układy molekularne amyliny pod kątem obserwacji początkowych zmian w drugorzędowej strukturze peptydu. W analizie porównano również zachowanie związku aktywnego i nieaktywnego w badaniach in-vitro. W większości symulacji związek aktywny był dłużej związany z układem amyliny, stabilizował konformację α-helikalną, korzystniej wypełniał hydrofobową przestrzeń oraz okazyjnie odwracał zmiany w układzie z fragmentów β-kartki do początkowej, α-helikalnej konformacji. Wyniki przedstawionych badań mogą przyczynić się do głębszego zrozumienia procesu agregacji i zwiększyć obecną wiedzę na temat projektowania inhibitorów o zwiększonym powinowactwie do amyliny.

Amylin, a 37-amino acid peptide, is involved in the physiology and pathology of live organisms. The peptide functions as an endocrine hormone, which performs an essential role in blood glucose level regulation. When under pathological conditions, especially hyperglycemia in diabetes, the peptide becomes insoluble and prone to aggregation. Amylin is the main component of amyloid deposits in Type 2 Diabetes. The mechanism and possible inhibition of the aggregation process are still being investigated. This work provides a literature review, a kinetic study of in-vitro tested potential aggregation inhibitors, and in-silico molecular dynamics simulation experiments. According to the kinetic model of a two-step autocatalytic reaction, studied compounds inhibit the process at the second step, which is the elongation of the fibrils. The in-silico experiments evaluate various molecular systems of amylin to observe the initial changes in the peptide’s secondary structure. The analysis compares the behavior of the in-vitro active and inactive compounds. Overall, the active compound remains bound to the amylin system longer than the inactive one, stabilizes the α-helical conformation, better occupies the amylin’s hydrophobic pocket, and occasionally reverses the changes in the system from the β-sheet fragments to the initial α-helical. Findings from this study can provide a more profound understanding of the aggregation process and knowledge of how to design inhibitors with increased binding affinity.