High-Resolution Saturation Transfer Difference (STD) 1H NMR techniques and Docking simulations applied to Protein-ligand interactions

Abstract

O estudo das interações ligando-receptor através de RMN de alta resolução tornou-se muito mais acessível e com um conjunto de aplicações mais vasto com o desenvolvimento da técnica de Transferência de Saturação por Diferença (TSD). O processo de transporte e reconhecimento de possiveis agentes de diagnóstico e terapia foram caracterizados pela sua constante de dissociação (KD), pelo seu mapeamento de epitopo e a preferência pelo local de ligação à Albumina do Soro Humano (ASH) realizado por TSD competitiva. Um modelo tridimensional foi estabelicido para todas as interacções de modo a complementar a informação recolhida por RMN. A ligação enantioseletiva de dois complexos de Yttrium revelou a preferência do isómero (SSS)-! relativamente ao isómero (RRR)-". Usando um competidor especifico para o local II da ASH e recorrendo a TSD competitivo foi estabelecido como lugar de ligação o este mesmo local, reforçando a sua seletividade. Três agentes de contraste para Ressonância Magnética foram caracterizados usando o protocolo de TSD e o método dos parciais iniciais foi aplicado para a obtenção de constantes de dissociação (KD). O La(BOPTA) e o La(DTPA-Colato) foram selectivos para o local I, enquanto que o La(NAFTO-EGTA) não parece apresentar especificidade para nenhum dos locais de ligação estudados. O La(DTPA-Colato) devido a conseguir interagir pela porção do Colato com a ASH apresenta uma maior afinidade para o local que o La(BOPTA). O insulino-mimético HDMPP foi também estudado e assume-se que este possa ser transportado ligado ao local I da ASH, e que todas as suas espécies em solução são capazes de interagir com a ASH. Este protocolo desenvolvido baseia-se na aquisição de espetros de TSD usando RMN, com e sem competição especifica para o local, finalizado por simulações de docking apresenta-se aqui como uma ferramenta bastante útil para estudar interações de pequenos ligandos e proteínas.

The study of ligand–receptor interactions using high-resolution NMR techniques, namely the saturation transfer difference (STD), is presented for the recognition process between different complexes. From diagnostic to therapeutic complexes, these approaches were used for direct determination of positive binding, followed by the estimation of the correspondent dissociation constant (KD), GEM characterization and site preference by competitive experiments. To get a threedimensional view of the interaction similar docking simulations were performed for all the ligands. The enantioselective binding of the (SSS)-! isomer of an yttrium (III) tetraazatriphenylene complex to ‘drug-site II’ of human serum albumin (HSA) was detected by the intensity differences of its STD 1H NMR spectrum relative to the (RRR)-" isomer, by the effect of the competitive binder to that site, N-dansyl sarcosine. Three MRI contrast agents and the KD for this interaction with HSA was found for all complexes using the initial slopes protocol. La(BOPTA) and La(DTPA-Cholate) interact mainly with HSA´s drug site I while La(NAPHTO) does not posses a specificity for both drug sites. La(DTPA-Cholate) CA analogue was found to have a lower KD due to the full lodging of its Cholate moiety in HSA drug site I. Insulin mimetic VO(DMPP) complexes preferred binding to ‘drug-site I’ of HSA was also detected by STD 1H NMR by the displacement effect of the competitive binder to that site, warfarin. The protocol of STD and competitive STD followed by docking simulations was found to be a robust tool to characterize protein-ligand interactions.