Presentations

Molecular modelling of the guanosine triphosphate hydrolysis by the RAS-GAP protein complex

Polyakov I.V.¹, Khrenova M.G.¹

Chemistry department of the M.V. Lomonosov MSU

¹N.M Emanuel IBCP RAS

Малые ГТФазы – ферменты, проводящие химическую реакцию гидролиза связи P–O в гуанозинтрифосфате (ГТФ) с образованием гуанозиндифосфата (ГДФ) и неорганического фосфата. Среди них важную роль играет малая ГТФаза, кодируемая онкогеном RAS, участвующая в клеточных процессах, в том числе в делении и пролиферации клеток [1]. Белок RAS содержится во всех клетках и может находиться в неактивной форме, связанной с ГДФ, и активной, связанной с ГТФ. Только в активной форме RAS может передавать сигнал белкам-эффекторам, и для нормальной работы клетки важны белки-ускорители GAP, которые связываются с комплексом RAS-ГТФ и ускоряют реакцию гидролиза приблизительно на 4 порядка [1].

Моделирование белков RAS и их белковых комплексов RAS-GAP с помощью методов комбинированной квантовой и молекулярной механики (КМ/ММ) [2] изучается на протяжении последних ~20 лет, начиная с простых моделей, которые позволили качественно объяснить роль аминокислотных остатков в процессе гидролиза ГТФ в HRAS; включая недавние достаточно спорные результаты, опубликованные в авторитетном издании JACS [3]. Интерес к моделированию белковых комплексов RAS-GAP сохраняется, что обусловлено активными исследованиями по поиску новых ингибиторов мутантных форм RAS.

В данной работе мы рассматриваем белковый комплекс RAS-GAP на основе кристаллографической структуры 1WQ1. Расчет реакционного профиля свободной энергии (через потенциал средней силы) производился с помощью термодинамического интегрирования, расчет распределений координаты реакции – с помощью модуля colvar, а сами КМ/ММ молекулярно-динамические траектории были получены с помощью TeraChem//NAMD в приближении wB97XD3/6-31G**//CHARMM36. Барьеры полученного профиля не превышают 12 ккал/моль.

Работа выполнена в рамках проекта РНФ 19-73-20032 с использованием вычислительных ресурсов ЦКП НИВЦ МГУ имени М.В.Ломоносова («Ломоносов-2»).

Литература

1. Kolch W., Berta D., Rosta E. Dynamic regulation of RAS and RAS signaling // Biochem J. 480, 1, 2023. 1-23.

2. Khrenova M.G. et al. Computer Modeling of the Mechanisms of Enzymatic Reactions: Lessons from 20 Years of Practice // Moscow Univ. Chem. Bull. 79, 2024, 86–92.

3. Berta D. et al. Mechanism-Based Redesign of GAP to Activate Oncogenic Ras// J. Am. Chem. Soc. 145, 37, 2023, 20302-20310.

• abstract in Russian (PDF)