The molecular mechanism of structural changes in the antimicrobial peptide CM15 upon complex formation with drug molecule suramin: a computational analysis

文献情報

出版日 2019-05-01
DOI 10.1039/C9CP00471H
インパクトファクター 3.676
著者

Adam Sieradzan, Ferenc Zsila, Tünde Juhász, Szilvia Bősze, Adam Liwo, Sergey A. Samsonov


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要旨

Dynamic increase of resistant bacterial infectious diseases continuously requires development of novel compounds against them. The molecular level understanding of the mechanism and interactions of natural host-defense peptides or antimicrobial peptides (AMPs) is an important step towards rational design and development of compounds inspired by their function. A particular set of these peptides have disordered structure, the ordering of which may modify their antimicrobial properties. Recent experiments demonstrate that such conformational transitions of AMPs could be mediated by the presence of small organic compounds, such as approved drug molecules. However, the molecular mechanisms underlying these structural changes are unclear. In this study, we apply molecular docking and molecular dynamics-based approaches to rigorously analyze the interactions between the drug suramin and the AMP CM15, a synthetic unstructured hybrid peptide. We characterize the energetic properties of putative CM15–suramin complexes revealing particular impacts of CM15 residues as well as the parts of suramin on these interactions. We find that α-helical content of the peptide is increased in the presence of suramin, which is in agreement with the experimental data. Kinetics analysis from canonical molecular dynamics and metadynamics simulations suggest that the effect of suramin does not promote the formation of α-helix but rather results from its ability to stabilize the α-helical population in the conformational pool of the peptide. Potentially, understanding the physico-chemical basis underlying the interactions between drug molecules and disordered AMPs will prove useful in strategies for antimicrobial compound development. Further on, the given computational protocol for the analysis of such flexible systems provide a basis for future theoretical investigation of similar biomolecular complexes.

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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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