V. Petrausko podoktorantūros stažuotė


  Pastaruoju metu vis daugiau mokslo laboratorijų, kuriose yra kuriami selektyviai veikiantys baltymų (dalyvaujančių ligos sukėlime) slopikliai, į pagalbą pasitelkia virtualius cheminių junginių paieškos būdus. Kompiuteriniai kandidatinių vaistinių junginių paieškos metodai yra sąlygiškai nauja mokslo sritis – joje yra daug neišspręstų uždavinių, kurie įdomūs ir fundamentiniu, ir praktiniu požiūriu. Todėl neatsitiktinai daug mokslininkų dirba kurdami kompiuterinius modelius, kurie leistų efektyviai įvertinti ligandų-slopiklių jungimosi prie baltymų (ar kitų makromolekulių) aktyvių centrų energijas, ir tokiu būdu sumažinti eksperimentinių tyrimų sąnaudas.

Kandidatinių vaistinių junginių paieškos sėkmę naudojant kompiuterinius metodus didžiąja dalimi lemia sąveikos energijos skaičiavimo funkcija, arba tiksliau, jos gebėjimas teisingai įvertinti baltymų-ligandų sąveikos energiją. Ši savo ruožtu priklauso nuo to kiek tiksliai naudojamas modelis atspindi realią eksperimentinę situaciją ir nuo to kiek teisingai yra parenkami (optimizuojami) modelio parametrai. Pastaroji problema reikalauja labai detalaus ir įvairiapusiško tyrimo, o vienintelio parametro nustatymas gana dažnai virsta atskiru moksliniu darbu.

Stažuotės metu buvo sprendžiami įvairūs uždaviniai susiję su aukščiau minėtų modelio parametrų paieška ir optimizacija. Sprendžiant optimizacijos uždavinius dažnai tenka naudoti ne realias baltymų-ligandų sistemas, kurios yra labai sudėtingos, tačiau reikiamomis savybėmis pasižyminčias modelines sistemas. Modelinės sistemos padeda lengviau suprasti atskirų cheminių junginių grupių indėlį į visos baltymo-ligando sistemos energetiką ir tokiu būdu detaliau ir tiksliau aprašyti sąveikos energijos skaičiavimo funkcijose naudojamus jungimosi termodinaminius parametrus. Šiame darbe buvo tirtos modelinės poliamino rūgščių su teigiamai ir neigiamai įkrautomis šoninėmis grandinėmis, bei sąveikaujančių alkilaminų ir alkilsulfonatų sistemos. Taip pat buvo nustatinėjami baltymų (žmogaus serumo albumino ir Hsp90) jungimosi tūrio pokyčiai bei jų suspaudžiamumo parametrai, remiantis baltymų jungimosi ir denatūracijos aukštame slėgyje eksperimentiniais rezultatais.

Tiriant reakcijas tarp teigiamą (poliargininas, polihistidinas, polilizinas ir poliornitinas) ir neigiamą (poliasparto ir poliglutamo rūgštys) krūvį šoninėse grandinėse turinčių poliamino rūgščių buvo siekiama nustatyti šių sistemų joninės sąveikos termodinaminius parametrus ir sukurti poliamino rūgščių sąveiką aprašantį modelį. Reaguojančių poliamino rūgščių jungimosi konstantos ir entalpijų pokyčiai buvo nustatyti izoterminės titravimo kalorimetrijos (ITK) metodu, o laisvosios Gibso energijos ir entropijos pokyčiai apskaičiuoti naudojant pastaruosius keturis parametrus siejančias termodinamikos lygtis. Nustačius reakcijų entalpijas skirtingose temperatūrose buvo apskaičiuoti šiluminės talpos pokyčiai reaguojančių poliamino rūgščių sistemose. Poliamino rūgščių sąveikai aprašyti buvo naudojamas modelis, susiejantis eksperimentiškai matuojamą entalpiją su modelio parametrais, nusakančiais jungimosi stiprumą ir kooperatyviąją sąveiką. Modelio parametrų, geriausiai aprašančių eksperimentinius rezultatus, paieškai atlikti buvo parašyta kompiuterinė programa.

Daug naudingos informacijos apie joninę ir hidrofobinę sąveikas buvo gauta nagrinėjant katijoninių ir anijoninių paviršiaus aktyviųjų medžiagų sąveiką ir agregaciją vandeniniuose tirpaluose. Buvo tiriami energijos virsmai stechiometrinėse alkilamonio ir alkilsulfato (taip pat alkilsulfonato) detergentų sistemose ITK metodu. Buvo nustatyti šių sistemų termodinaminiai parametrai, bei įvertinti alifatinių grandinėlių hidrofobinės ir joninių amonio ir sulfato grupių elektrostatinės sąveikos indėliai į bendrą sistemos energiją.

Siekiant detaliai suprasti ligandų jungimosi prie makromolekulių ypatumus bei nustatyti tokius termodinaminius parametrus kaip laisvo baltymo išsivyniojimo tūrio pokytis, suspaudžiamumas bei tūrio pokytis susijęs su ligando prisijungimu prie baltymo buvo atliekami baltymų denatūracijos aukštame slėgyje tyrimai. Denatūracijos procesas buvo aprašomas modeliu, kuriame laisvosios Gibso energijos pokytis atsiradęs dėl baltymo išsivyniojimo yra išreiškiamas naudojant išsivyniojimo tūrio pokytį bei suspaudžiamumo faktorių. Laisvosios Gibso energijos pokytis susijęs su ligando prisijungimu prie baltymo buvo skaičiuojamas naudojant baltymo lydymosi slėgio priklausomybes nuo ligando koncentracijos. Naudojant šias metodikas buvo nustatyti baltymų išsivyniojimo ir jungimosi tūrių pokyčiai keliose skirtingose baltymų-ligandų sistemose.

Visi šie įvairiomis metodikomis gauti termodinaminiai parametrai yra naudojami tolesniuose baltymų-ligandų sąveikų tyrimo etapuose, skaičiuojant ligandų sąveikos su makromolekulėmis energijas. Stažuotės metu nemažai dėmesio buvo skirta kuriant programinę įrangą padedančią vizualizuoti baltymų-ligandų sąveikas. Bendradarbiaujant su profesionaliu programuotoju buvo kuriami papildomi programiniai moduliai molekulių atvaizdavimo programai Avogadro, kurie leidžia ekrane matyti norimų ligando atomų sąveikos stiprumą su baltymo atomais, bei kiekvieno atomo sąveikos energijos indėlį į visos sistemos energiją.