Анотація до роботи:

Ковальський Д.Б. Вплив дистальних мутацій на конформаційну рухливість ВІЛ-1 протеази: дослідження методом молекулярної динаміки. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.03 – молекулярна біологія. – Інститут молекулярної біології та генетики НАН України, Київ, 2005.

Проведено розрахунки МД нативної протеази з метою повніше вивчити конформаційну рухливість нативного білка. Отримані результати МД порівнювали з даними ЯМР. Показано, що за фізіологічних умов іон Na⁺ вбудовується до каталітичної діади, що суттєво стабілізує просторову структуру димеру протеази. Проведено розрахунок МД чотирьох мутантів: Leu10Ile, Leu90Met, Ala71Val/Gly73Ser/Ile93Leu и Glu35Gln/Met36Ile/Ser37Asp/Arg57Lys. Показано, що мутант Leu10Ile стабілізує закриту конформацію протеази шляхом зменшення гнучкості сусідньої N-кінцевої петлі. Мутант Leu90Met змінює пакування амінокислотних залишків у димеризаційному домені, що призводить до зменшення доступного конформаційного простору протеази. Доведено, що потрійний мутант Ala71Val/Gly73Ser/Ile93Leu негативно впливає на взаємну рухливість доменів, що призводить до стабілізації закритої конформації протеази ВІЛ-1. У мутанта Glu35Gln/Met36Ile/Ser37Asp/Arg57Lys не виявлено суттєвих змін просторової конформації протеази ВІЛ-1 та її колективних рухів у процесі МД.

Методом МД проведено систематичне вивчення впливу дистальних мутацій протеази ВІЛ-1 на її конформаційну рухливість і проведено порівняння з нативним ферментом. Показано, що механізми впливу дистальних мутацій на просторову структуру та МД протеази ВІЛ-1 можна поділити на стабілізуючі (мутанти Leu10Ile та Ala71Val/Gly73Ser/Ile93Leu) та дестабілізуючі (мутант Leu90Met).

1. Вперше обґрунтовано і доведено, що конформаційна стабільність димеру протеази ВІЛ-1 критично залежить від стану протонування каталітичної діади Asp25/Аsp25’.

2. Розроблено та застосовано універсальний алгоритм розрахунку параметра впорядкування амідних зв’язків пептидних груп, S², з даних МД для порівняльного аналізу з експериментальними даними ЯМР. Проведений порівняльний аналіз свідчить про кореляцію даних МД та експериментальних даних ЯМР для протеази ВІЛ-1.

3. Виявлено існування двох механізмів впливу дистальних мутацій амінокислотних залишків на зміну конформаційної рухливості протеази ВІЛ-1 – через перерозподіл амплітуди узгоджених рухів та через зміну доступних конформаційних рухів. Одночасне співіснування цих двох механізмів пояснює роль дистальних мутацій у профілі резистентності до інгібіторів протеази ВІЛ-1.

4. Розроблено універсальний алгоритм порівняння колективних конформаційних рухів двох білків шляхом побудови карт різниць динамічних крос-кореляційних матриць (КР-ДККМ), які ґрунтуються на розрахунках їхньої МД.

5. Отримані методом МД дані про вплив дистальних мутацій на просторову структуру та динаміку протеази ВІЛ-1 можуть бути використані для розробки інгібіторів протеази ВІЛ-1 нового покоління, активних як до нативної протеази, так і до мутантів, резистентних до інгібіторів.

Публікації автора:

1. Ковальский Д.Б., Корнелюк А.И. Конформационные изменения ВИЧ-1 протеазы в области „флэпов”: изучение методом молекулярной динамики в пико- и наносекундном временных интервалах// Біополімери і клітина.— 2002. – Т.18, № 2.— С.117-123.

Особистий внесок здобувача – автором проведено вибір та підготовку структури протеази ВІЛ-1 для розрахунку МД. Підбір параметрів МД у вакуумі, проведення розрахунків МД, аналіз результатів.

2. Ковальский Д.Б., Каниболоцкий Д.С., Дубина В.Н., Корнелюк А.И. Конформационные изменения ВИЧ-1 протеиназы: влияние протонированности активного центра на конформацию ВИЧ-1 протеиназы в воде// Український біохімічний журнал. – 2002. – Т.74, № 6. – С. 100-103.

Особистий внесок здобувача – підготовка системи до розрахунку (конвертація, мінімізація енергії системи сольватація, проведення МД для врівноваження ВІЛ-1 у водному розчині), проведення розрахунку МД, аналіз даних.

3. Ковальский Д.Б., Иванова О. С., Дубина В. Н., Каниболоцкий Д. С., Корнелюк А. И. Обобщенный параметр упорядочения S² для связи N-H пептидной группы как мера конформационной подвижности белка: сравнение алгоритмов расчета S² из данных симуляции молекулярной динамики// Український біохімічний журнал. – 2004. – Т.76, № 2. – С. 128-132.

Особистий внесок здобувача – підготовка системи до розрахунку та проведення розрахунку МД, планування програми по розрахунку S², порівняння даних МД з даними ЯМР.

4. Ковальский Д.Б., Дубина В. Н., Корнелюк А. И. Исследование влияния консервативной мутации Leu10Ile на внутримолекулярную подвижность ВИЧ-1 протеазы методом молекулярной динамики// Біополімери і клітина.— 2004. – Т.20, № 4.— С. 321-324.

Особистий внесок здобувача – підготовка системи до розрахунку та проведення розрахунку МД, моделювання мутантів, розробка карт різниць, аналіз даних.

5. Kovalskyy D.B., Dubyna V.М., Mark A.E., Kornelyuk A.I. A molecular dynamics study of the structural stability of HIV-1 protease under physiological conditions: The role of Na⁺ ions in stabilizing the active site// Proteins. – 2005. – Vol. 58, №2. – P. 450-458.

Особистий внесок здобувача – підготовка системи до розрахунку та проведення розрахунку МД, проведення розрахунків методом ab initio, розрахунок параметра S², порівняння МД при нейтральному та слабокислому рН.

6. Kovalskyy D.B., Kornelyuk A.I. Molecular dynamic simulation of HIV-1 protease and its drug resistant mutants// Conference for young scientists, PhD students and students on molecular biology and genetics, Abstract book. – Kyiv (Ukraine). – 2001. – P. 48.

Особистий внесок здобувача – автором проведено вибір та підготовку структури протеази ВІЛ-1 та відповідних мутантів для розрахунку МД. Підбір параметрів МД у розчині, проведення розрахунків МД, аналіз результатів.

7. Ковальський Д.Б., Дубина В.М., Каніболотський Д. С., Корнелюк О.І. Комп’ютерне моделювання конформаційних станів протеази вірусу імунодефіциту людини методом молекулярної динаміки// Тези доповідей ІІІ з’їзду Українського біофізичного товариства. – Львів (Україна). – 2002. – C. 167.

Особистий внесок здобувача – підготовка системи до розрахунку та проведення розрахунку МД, аналіз корельованих рухів протеази ВІЛ-1.

8. Kovalskyy D.B., Dubyna V.М., Mark A.E. and Kornelyuk A.I. A molecular dynamics study of the effect of distal drug resistant mutations on HIV-1 protease dynamics// Conference for young scientists, PhD students and students on molecular biology and genetics, Abstract book. – Kyiv (Ukraine). – 2003. – P. 88.

Особистий внесок здобувача – все планування та проведення розрахунку МД, моделювання мутантів, порівняння корельованих рухів мутантів з нативною протеазою.

9. Ковальський Д.Б., Дубина В.М., Корнелюк О.І. Вивчення впливу дистальних мутацій Leu10Ile/Leu90Met та Ala71Val/Gly3Ser/Leu93Ile на конформаційну рухливість ВІЛ-1 протеази методом молекулярної динаміки// Тези доповідей І Української наукової конференції „Проблеми біологічної та медичної фізики” ПБМФ-2004. – Харків (Україна). – 2004. – С. 79.

Особистий внесок здобувача – все планування та проведення розрахунку МД, моделювання мутантів, аналіз змін конформаційного простору узгоджених рухів до і після мутацій.

10. Dubyna V.М., Kovalskyy D.B., Ivanova O.S. and Kornelyuk A.I. The improvement of the algorithm for S² order parameter calculation from molecular dynamics simulation using the correlation motion function// The 5th International Conference on Biological Physics (ICBP-2004), Abstract book.-Gothenburg (Sweden). – 2004. – P. 141.

Особистий внесок здобувача – проведення розрахунку МД, корекція методики розрахунку S².