Δομικός χαρακτηρισμός της ανθρώπινης ινσουλίνης παρουσία και απουσία οργανικών προσδετών & ανάπτυξη της πρώτης μακρομοριακής βάσης δεδομένων BioXRPD
Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εστιάζει στη συνδυαστική χρήση τεχνικών περίθλασης ακτίνων Χ για το δομικό χαρακτηρισμό συμπλόκων ανθρώπινης ινσουλίνης – προσδετών φαρμακευτικού ενδιαφέροντος, καθώς και στην ανάπτυξη και αξιολόγηση της πρώτης βάσης δεδομένων με μοτίβα περίθλασης πολυκρυσταλλικών πρωτ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/23800 |
| id |
nemertes-10889-23800 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ινσουλίνη Περίθλαση ακτίνων Χ Βιολογικά μακρομόρια Πρωτεΐνες Πολυκρυσταλλικά υλικά Βάσεις δεδομένων Insulin X-ray diffraction Biological macromolecules Proteins Powder samples Databases |
| spellingShingle |
Ινσουλίνη Περίθλαση ακτίνων Χ Βιολογικά μακρομόρια Πρωτεΐνες Πολυκρυσταλλικά υλικά Βάσεις δεδομένων Insulin X-ray diffraction Biological macromolecules Proteins Powder samples Databases Τριανταφυλλίδης, Δημήτριος-Παναγιώτης Δομικός χαρακτηρισμός της ανθρώπινης ινσουλίνης παρουσία και απουσία οργανικών προσδετών & ανάπτυξη της πρώτης μακρομοριακής βάσης δεδομένων BioXRPD |
| description |
Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εστιάζει στη συνδυαστική χρήση τεχνικών περίθλασης ακτίνων Χ για το δομικό χαρακτηρισμό συμπλόκων ανθρώπινης ινσουλίνης – προσδετών φαρμακευτικού ενδιαφέροντος, καθώς και στην ανάπτυξη και αξιολόγηση της πρώτης βάσης δεδομένων με μοτίβα περίθλασης πολυκρυσταλλικών πρωτεϊνικών δειγμάτων.
Η εξωγενής χορήγηση ανθρώπινης ινσουλίνης αποτελεί μέχρι και σήμερα την κύρια θεραπεία που λαμβάνουν καθημερινά εκατομμύρια διαβητικοί ασθενείς παγκοσμίως. Στοχεύοντας στην μείωση των απαραίτητων ημερήσιων δόσεων και τη βελτίωση του επιπέδου ζωής των ασθενών, τα κρυσταλλικά σκευάσματα επιτρέπουν την αργή και ελεγχόμενη αποδέσμευση της ινσουλίνης στην κυκλοφορία. Στα σκευάσματα αυτά, η ινσουλίνη είναι συχνά συμπλοκοποιημένη με μικρά οργανικά μόρια. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε μία ενδελεχής δομική μελέτη συμπλόκων ανθρώπινης ινσουλίνης με τους προσδέτες 4-ethylresorcinol και p-coumaric acid. Ο πολυμορφισμός της ινσουλίνης συναρτήσει του pH μελετήθηκε μέσω πειραμάτων περίθλασης από πολυκρυσταλλικά δείγματα (XRPD), ενώ κρυσταλλικές δομές για ορισμένα πολύμορφα επιλύθηκαν μέσω πειραμάτων περίθλασης από μονοκρυστάλλους (SCXRD). Μία από τις δομές αποκάλυψε ένα καινούργιο μοτίβο πρόσδεσης μικρών οργανικών μορίων στην ινσουλίνη, που δεν έχει καταγραφεί προηγουμένως κρυσταλλογραφικά. Ταυτόχρονα, το ίδιο πολύμορφο παρουσιάζει το πυκνότερο, έως τώρα καταγεγραμμένο, πακετάρισμα μορίων ινσουλίνης, γεγονός με δυνητικά ιδιαίτερα σημαντικό φαρμακευτικό ενδιαφέρον. Ο πολυμορφισμός της ινσουλίνης μελετήθηκε και απουσία προσδετών, ως μέτρο σύγκρισης, και μέσω της μεθόδου Rietveld επιλύθηκε η δομή ενός κυβικού πολυμόρφου, χρησιμοποιώντας δεδομένα περίθλασης πολυκρυσταλλικών δειγμάτων.
Ο χαρακτηρισμός ενός μοτίβου περίθλασης ξεκινάει με τη δεικτοδότηση (indexing). Στην περίπτωση των πολυκρυσταλλικών δεδομένων περίθλασης, η δεικτοδότηση συχνά είναι ιδιαίτερα κοπιώδης και χρονοβόρος, ενώ η επιτυχία της είναι συνάρτηση της εμπειρίας του ερευνητή. Ωστόσο, η αδυναμία δεικτοδότησης ενός μοτίβου παρεμποδίζει οποιαδήποτε περαιτέρω ανάλυση σε αυτό. Το στάδιο της δεικτοδότησης μπορεί να παρακαμφθεί εάν ο ερευνητής αναζητήσει παρόμοια μοτίβα περίθλασης σε μία κρυσταλλογραφική βάση δεδομένων. Παρά την πληθώρα των διαθέσιμων βάσεων, καμία δεν περιλαμβάνει δεδομένα πρωτεϊνικών δειγμάτων, τα οποία είναι ιδιαίτερα απαιτητικά στη δεικτοδότησή τους. Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε η πρώτη βάση πολυκρυσταλλικών δεδομένων περίθλασης πρωτεϊνικών δειγμάτων, αξιοποιώντας τον μεγάλο όγκο διαθέσιμων πειραματικών δεδομένων της ερευνητικής ομάδας μας. Η αποτελεσματικότητα της, επονομαζόμενης BioXRPD, βάσης δεδομένων αξιολογήθηκε τόσο σε πειραματικά όσο και προσομοιωμένα δεδομένα περίθλασης. Η BioXRPD θα μπορούσε να αποτελέσει ένα σημαντικό εργαλείο τόσο σε ακαδημαϊκό όσο και βιομηχανικό επίπεδο. |
| author2 |
Triandafyllidis, Dimitris-Panagiotis |
| author_facet |
Triandafyllidis, Dimitris-Panagiotis Τριανταφυλλίδης, Δημήτριος-Παναγιώτης |
| author |
Τριανταφυλλίδης, Δημήτριος-Παναγιώτης |
| author_sort |
Τριανταφυλλίδης, Δημήτριος-Παναγιώτης |
| title |
Δομικός χαρακτηρισμός της ανθρώπινης ινσουλίνης παρουσία και απουσία οργανικών προσδετών & ανάπτυξη της πρώτης μακρομοριακής βάσης δεδομένων BioXRPD |
| title_short |
Δομικός χαρακτηρισμός της ανθρώπινης ινσουλίνης παρουσία και απουσία οργανικών προσδετών & ανάπτυξη της πρώτης μακρομοριακής βάσης δεδομένων BioXRPD |
| title_full |
Δομικός χαρακτηρισμός της ανθρώπινης ινσουλίνης παρουσία και απουσία οργανικών προσδετών & ανάπτυξη της πρώτης μακρομοριακής βάσης δεδομένων BioXRPD |
| title_fullStr |
Δομικός χαρακτηρισμός της ανθρώπινης ινσουλίνης παρουσία και απουσία οργανικών προσδετών & ανάπτυξη της πρώτης μακρομοριακής βάσης δεδομένων BioXRPD |
| title_full_unstemmed |
Δομικός χαρακτηρισμός της ανθρώπινης ινσουλίνης παρουσία και απουσία οργανικών προσδετών & ανάπτυξη της πρώτης μακρομοριακής βάσης δεδομένων BioXRPD |
| title_sort |
δομικός χαρακτηρισμός της ανθρώπινης ινσουλίνης παρουσία και απουσία οργανικών προσδετών & ανάπτυξη της πρώτης μακρομοριακής βάσης δεδομένων bioxrpd |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/23800 |
| work_keys_str_mv |
AT triantaphyllidēsdēmētriospanagiōtēs domikoscharaktērismostēsanthrōpinēsinsoulinēsparousiakaiapousiaorganikōnprosdetōnanaptyxētēsprōtēsmakromoriakēsbasēsdedomenōnbioxrpd AT triantaphyllidēsdēmētriospanagiōtēs structuralcharacterizationofhumaninsulininpresenceandabsenceoforganicligandsdevelopmentofthefirstbioxrpddatabase |
| _version_ |
1799945007305588736 |
| spelling |
nemertes-10889-238002024-03-08T19:26:58Z Δομικός χαρακτηρισμός της ανθρώπινης ινσουλίνης παρουσία και απουσία οργανικών προσδετών & ανάπτυξη της πρώτης μακρομοριακής βάσης δεδομένων BioXRPD Structural characterization of human insulin in presence and absence of organic ligands & development of the first BioXRPD database Τριανταφυλλίδης, Δημήτριος-Παναγιώτης Triandafyllidis, Dimitris-Panagiotis Ινσουλίνη Περίθλαση ακτίνων Χ Βιολογικά μακρομόρια Πρωτεΐνες Πολυκρυσταλλικά υλικά Βάσεις δεδομένων Insulin X-ray diffraction Biological macromolecules Proteins Powder samples Databases Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εστιάζει στη συνδυαστική χρήση τεχνικών περίθλασης ακτίνων Χ για το δομικό χαρακτηρισμό συμπλόκων ανθρώπινης ινσουλίνης – προσδετών φαρμακευτικού ενδιαφέροντος, καθώς και στην ανάπτυξη και αξιολόγηση της πρώτης βάσης δεδομένων με μοτίβα περίθλασης πολυκρυσταλλικών πρωτεϊνικών δειγμάτων. Η εξωγενής χορήγηση ανθρώπινης ινσουλίνης αποτελεί μέχρι και σήμερα την κύρια θεραπεία που λαμβάνουν καθημερινά εκατομμύρια διαβητικοί ασθενείς παγκοσμίως. Στοχεύοντας στην μείωση των απαραίτητων ημερήσιων δόσεων και τη βελτίωση του επιπέδου ζωής των ασθενών, τα κρυσταλλικά σκευάσματα επιτρέπουν την αργή και ελεγχόμενη αποδέσμευση της ινσουλίνης στην κυκλοφορία. Στα σκευάσματα αυτά, η ινσουλίνη είναι συχνά συμπλοκοποιημένη με μικρά οργανικά μόρια. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε μία ενδελεχής δομική μελέτη συμπλόκων ανθρώπινης ινσουλίνης με τους προσδέτες 4-ethylresorcinol και p-coumaric acid. Ο πολυμορφισμός της ινσουλίνης συναρτήσει του pH μελετήθηκε μέσω πειραμάτων περίθλασης από πολυκρυσταλλικά δείγματα (XRPD), ενώ κρυσταλλικές δομές για ορισμένα πολύμορφα επιλύθηκαν μέσω πειραμάτων περίθλασης από μονοκρυστάλλους (SCXRD). Μία από τις δομές αποκάλυψε ένα καινούργιο μοτίβο πρόσδεσης μικρών οργανικών μορίων στην ινσουλίνη, που δεν έχει καταγραφεί προηγουμένως κρυσταλλογραφικά. Ταυτόχρονα, το ίδιο πολύμορφο παρουσιάζει το πυκνότερο, έως τώρα καταγεγραμμένο, πακετάρισμα μορίων ινσουλίνης, γεγονός με δυνητικά ιδιαίτερα σημαντικό φαρμακευτικό ενδιαφέρον. Ο πολυμορφισμός της ινσουλίνης μελετήθηκε και απουσία προσδετών, ως μέτρο σύγκρισης, και μέσω της μεθόδου Rietveld επιλύθηκε η δομή ενός κυβικού πολυμόρφου, χρησιμοποιώντας δεδομένα περίθλασης πολυκρυσταλλικών δειγμάτων. Ο χαρακτηρισμός ενός μοτίβου περίθλασης ξεκινάει με τη δεικτοδότηση (indexing). Στην περίπτωση των πολυκρυσταλλικών δεδομένων περίθλασης, η δεικτοδότηση συχνά είναι ιδιαίτερα κοπιώδης και χρονοβόρος, ενώ η επιτυχία της είναι συνάρτηση της εμπειρίας του ερευνητή. Ωστόσο, η αδυναμία δεικτοδότησης ενός μοτίβου παρεμποδίζει οποιαδήποτε περαιτέρω ανάλυση σε αυτό. Το στάδιο της δεικτοδότησης μπορεί να παρακαμφθεί εάν ο ερευνητής αναζητήσει παρόμοια μοτίβα περίθλασης σε μία κρυσταλλογραφική βάση δεδομένων. Παρά την πληθώρα των διαθέσιμων βάσεων, καμία δεν περιλαμβάνει δεδομένα πρωτεϊνικών δειγμάτων, τα οποία είναι ιδιαίτερα απαιτητικά στη δεικτοδότησή τους. Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε η πρώτη βάση πολυκρυσταλλικών δεδομένων περίθλασης πρωτεϊνικών δειγμάτων, αξιοποιώντας τον μεγάλο όγκο διαθέσιμων πειραματικών δεδομένων της ερευνητικής ομάδας μας. Η αποτελεσματικότητα της, επονομαζόμενης BioXRPD, βάσης δεδομένων αξιολογήθηκε τόσο σε πειραματικά όσο και προσομοιωμένα δεδομένα περίθλασης. Η BioXRPD θα μπορούσε να αποτελέσει ένα σημαντικό εργαλείο τόσο σε ακαδημαϊκό όσο και βιομηχανικό επίπεδο. The present thesis focuses on the combinatorial use of Χ-ray diffraction techniques for structural characterization of human insulin – ligand complexes of pharmaceutical interest, as well as the development and assessment of the first-of-its-kind database employing macromolecular powder diffraction data. Up to date, the external provision of human insulin is still the major treatment for millions of diabetic patients worldwide. Crystalline formulations aim to lower the number of the required daily doses, by means of slow and regulated dissolution. In these formulations, insulin is commonly complexed with small organic molecules. Human insulin complexes with 4-ethylresorcinol and p-coumaric acid were structurally characterized in the present thesis. The polymorphism of insulin – ligand complexes as a function of pH was characterized employing x-ray powder diffraction experiments (XRPD), while structures for several of the observed polymorphs were solved employing single-crystal x-ray diffraction experiments (SCXRD). A novel ligand binding motif was observed for the first time, crystallographically, in one of the structures. This polymorph also exhibits the tightest packing of insulin molecules, reported to date, which could be of great pharmacological interest. Insulin polymorphism was also studied in absence of ligands, to act as a reference point, and a cubic polymorph structure was solved employing XRPD data via the Rietveld method. The first step in the analysis of a diffraction dataset is indexing. In the case of powder diffraction data, indexing is often especially non-trivial and time-consuming, while its success is often a function of researcher’s experience. At the same time, indexing acts as gatekeeper, prohibiting any further analyses. The indexing step can be circumvented, if a similar reference diffraction pattern is available in a crystallographic database. Despite the wealth of available databases, none of them contain protein powder datasets, which are especially challenging to index. Employing the vast archive of our team’s protein powder datasets, the first macromolecular XRPD database was developed in the present thesis. The performance of the, so-called, BioXRPD database was evaluated on experimental and simulated data. BioXRPD could prove to be an indispensable tool both academic and industrial research. 2022-11-09T07:37:22Z 2022-11-09T07:37:22Z 2021-11-05 https://hdl.handle.net/10889/23800 gr application/pdf |
