Experimental study and computational modelling of cruzain cysteine protease inhibition by dipeptidyl nitriles

文献情報

出版日 2018-09-06
DOI 10.1039/C8CP03320J
インパクトファクター 3.676
著者

Alberto Monteiro Dos Santos, Lorenzo Cianni, Daniela De Vita, Fabiana Rosini, Andrei Leitão, Charles A. Laughton, Jerônimo Lameira, Carlos A. Montanari


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要旨

Chagas disease affects millions of people in Latin America. This disease is caused by the protozoan parasite Trypanossoma cruzi. The cysteine protease cruzain is a key enzyme for the survival and propagation of this parasite lifecycle. Nitrile-based inhibitors are efficient inhibitors of cruzain that bind by forming a covalent bond with this enzyme. Here, three nitrile-based inhibitors dubbed Neq0409, Neq0410 and Neq0570 were synthesized, and the thermodynamic profile of the bimolecular interaction with cruzain was determined using isothermal titration calorimetry (ITC). The result suggests the inhibition process is enthalpy driven, with a detrimental contribution of entropy. In addition, we have used hybrid Quantum Mechanical/Molecular Mechanical (QM/MM) and Molecular Dynamics (MD) simulations to investigate the reaction mechanism of reversible covalent modification of cruzain by Neq0409, Neq0410 and Neq0570. The computed free energy profile shows that the nucleophilic attack of Cys25 on the carbon C1 of inhibitiors and the proton transfer from His162 to N1 of the dipeptidyl nitrile inhibitor take place in a single step. The calculated free energy of the inhibiton reaction is in agreement with covalent experimental binding. Altogether, the results reported here suggests that nitrile-based inhibitors are good candidates for the development of reversible covalent inhibitors of cruzain and other cysteine proteases.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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