De novo selective inhibitor design to neuronal NOS enzyme and exploration of the binding site

Abstract

Neural Nitric Oxide Synthase (nNOS) is an enzyme that plays a significant role in neural signal transmission among brain cells by carrying on Nitric Oxide(NO) generation. nNOS is one of the member of Nitric Oxide Synthase (NOS) enzyme family and has three isoforms; nNOS, eNOS and iNOS. Since NO is a highly reactive compound, NOS isozymes have many distinct functionalities on neural, endothelial and immune systems respectively. Despite these functionalities, their binding sites show great similarities and hence it became a challenge to design a selective inhibitor to them. Revealing of crystallographic structures of NOS isoenzymes set a foundation for in silico inhibitor design and computational modeling studies. We applied lead and fragment based de novo design techniques and carried on a series of computational docking operations on the NOS isoforms to discover an nNOS selective leading inhibitor against iNOS and eNOS. Utilizing virtual screening (VS) methods on different software environments we selected suitable lead scaffolds, added fragments, developed candidate ligands and applied leading docking algorithms on these ligands. We compared our ligands with experimental leading compounds defined on the related literature. Finally, we explored the binding sites and stated the properties of cavities and specific amino acids.

Nöral Nitrik Oksit Sentaz(nNOS) Nitrik Oksit (NO) üretimini devam ettirerek beyin hücreleri arasında nöral sinyal iletiminde önemli rol oynayan bir enzimdir. nNOS Nitrik Oksit Sentaz (NOS) enzim ailesinin bir üyesidir ve üç izoformu bulunmaktadır; nNOS, eNOS ve iNOS. NO hayli reaktif bir bileşik olduğundan NOS izozimlerinin sırasıyla nöral, endotelyal ve bağışıklık sistemlerinde birçok ayırıcı fonksiyonellikleri vardır. Bu fonksiyonelliklerine ragmen bağlanma bölgeleri büyük benzerlikler gösteirler ve bu yüzden onlar seçici inhibitörler tasarlamak zorlayıcıdır. NOS izizimlerinin kristalografik yapılarının açığa çıkması in siliko inhibitör tasarımı ve hesapsal modelleme çalışmaları için bir temel oluşturmuştur. iNOS ve eNOS?a karşı nNOS seçimli bir öncü inhibitör keşfetmek için NOS izoformları üzerinde, öncü ve parça temelli de novo tasarım tekniklerini uyguladık ve bir seri hesapsal doklama operasyonu yürüttük. Farklı yazılım ortamlarında Sanal Tarama (VS) methodlarını kullanarak, uygun öncü iskelet yapılarını seçip, parçalar ekleyip, aday ligandlar geliştirdik ve önde gelen doklama algoritmalarını uyguladık. Literatürde tanımlı öncü deneysel bileşiklerin sonuçlarıyla ligandlarımızı kıyasladık. Son olarak, bağlanma bölgelerini araştırıp kavite ve belirli amino asitlerin özelliklerini ortaya koyduk.