Study of structural interaction and molecular dynamics of FOXO transcription factors with molecules of antioncogenic gene p53

The transcription factors of FOXO family and the tumor suppressing proteins of p53 have been put under the microscope of pharmaceutical research, since they are involved in the regulation of several signaling pathways related to the DNA repair, the cell cycle arrest and the activation of apoptosis....

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Τσούκας, Ευάγγελος
Άλλοι συγγραφείς: Tsoukas, Evangelos
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2023
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/24656
id nemertes-10889-24656
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic p53
FOXO4
Structural interaction
Molecular dynamics
Proteins interface
Senolytics
p21 transcription
Δομική αλληλεπίδραση
Μοριακή δυναμική
Διεπιφάνεια πρωτεϊνών
Σενολυτικά μόρια
Μεταγραφή του γονιδίου p21
spellingShingle p53
FOXO4
Structural interaction
Molecular dynamics
Proteins interface
Senolytics
p21 transcription
Δομική αλληλεπίδραση
Μοριακή δυναμική
Διεπιφάνεια πρωτεϊνών
Σενολυτικά μόρια
Μεταγραφή του γονιδίου p21
Τσούκας, Ευάγγελος
Study of structural interaction and molecular dynamics of FOXO transcription factors with molecules of antioncogenic gene p53
description The transcription factors of FOXO family and the tumor suppressing proteins of p53 have been put under the microscope of pharmaceutical research, since they are involved in the regulation of several signaling pathways related to the DNA repair, the cell cycle arrest and the activation of apoptosis. There are indications that FOXO4 and p53 bind each other within the nucleus of senescent cells promoting the transcription of p21 (cell cycle inhibitor). Recently, it has been shown that inhibition of FOXO4-p53 interaction promotes apoptosis in senescent cells. Inevitably, this interaction has been characterized as biological target in terms of its anti-aging (senolytic) effect. The exact structure of this complex has not been resolved yet experimentally, owing to the highly dynamic regions of these two proteins. However, knowledge of the interaction interface of this complex is of paramount importance for the development of small molecules that could inhibit formation of the complex. The scope of this investigation is to provide rational models of the p53/FOXO4 complex based on experimental evidence. First, we collected biochemical, biophysical and structural information, including the available X-ray and NMR structures of isolated FOXO4 and p53 domains. These data were analyzed to select appropriate structural templates for the modeling of putative p53/FOXO4 complexes with different orientations and initial conformations. Based on the calculated free energy of binding, we selected the most favored models that satisfied experimental constraints. These models were evaluated by means of stability in solvent using classical molecular dynamics simulations (MD). The favored models of p53/FOXO4 complex were also investigated in the presence of double-stranded DNA fragments that correspond to response elements of p21 promoter, with the aim to identify the most appropriate p53/FOXO4 models. As a result, we propose a rational p53/FOXO4 complex that is compatible with the pre-initiation complex of p21 gene.
author2 Tsoukas, Evangelos
author_facet Tsoukas, Evangelos
Τσούκας, Ευάγγελος
author Τσούκας, Ευάγγελος
author_sort Τσούκας, Ευάγγελος
title Study of structural interaction and molecular dynamics of FOXO transcription factors with molecules of antioncogenic gene p53
title_short Study of structural interaction and molecular dynamics of FOXO transcription factors with molecules of antioncogenic gene p53
title_full Study of structural interaction and molecular dynamics of FOXO transcription factors with molecules of antioncogenic gene p53
title_fullStr Study of structural interaction and molecular dynamics of FOXO transcription factors with molecules of antioncogenic gene p53
title_full_unstemmed Study of structural interaction and molecular dynamics of FOXO transcription factors with molecules of antioncogenic gene p53
title_sort study of structural interaction and molecular dynamics of foxo transcription factors with molecules of antioncogenic gene p53
publishDate 2023
url https://hdl.handle.net/10889/24656
work_keys_str_mv AT tsoukaseuangelos studyofstructuralinteractionandmoleculardynamicsoffoxotranscriptionfactorswithmoleculesofantioncogenicgenep53
AT tsoukaseuangelos meletētēsdomēsallēlepidrasēskaitēsdynamikēsmetagraphikōnparagontōntēsoikogeneiasfoxomemoriatouonkokatastaltikougonidioup53
_version_ 1771297269847425024
spelling nemertes-10889-246562023-03-04T04:37:12Z Study of structural interaction and molecular dynamics of FOXO transcription factors with molecules of antioncogenic gene p53 Μελέτη της δομής αλληλεπίδρασης και της δυναμικής μεταγραφικών παραγόντων της οικογένειας FOXO με μόρια του ογκοκατασταλτικού γονιδίου p53 Τσούκας, Ευάγγελος Tsoukas, Evangelos p53 FOXO4 Structural interaction Molecular dynamics Proteins interface Senolytics p21 transcription Δομική αλληλεπίδραση Μοριακή δυναμική Διεπιφάνεια πρωτεϊνών Σενολυτικά μόρια Μεταγραφή του γονιδίου p21 The transcription factors of FOXO family and the tumor suppressing proteins of p53 have been put under the microscope of pharmaceutical research, since they are involved in the regulation of several signaling pathways related to the DNA repair, the cell cycle arrest and the activation of apoptosis. There are indications that FOXO4 and p53 bind each other within the nucleus of senescent cells promoting the transcription of p21 (cell cycle inhibitor). Recently, it has been shown that inhibition of FOXO4-p53 interaction promotes apoptosis in senescent cells. Inevitably, this interaction has been characterized as biological target in terms of its anti-aging (senolytic) effect. The exact structure of this complex has not been resolved yet experimentally, owing to the highly dynamic regions of these two proteins. However, knowledge of the interaction interface of this complex is of paramount importance for the development of small molecules that could inhibit formation of the complex. The scope of this investigation is to provide rational models of the p53/FOXO4 complex based on experimental evidence. First, we collected biochemical, biophysical and structural information, including the available X-ray and NMR structures of isolated FOXO4 and p53 domains. These data were analyzed to select appropriate structural templates for the modeling of putative p53/FOXO4 complexes with different orientations and initial conformations. Based on the calculated free energy of binding, we selected the most favored models that satisfied experimental constraints. These models were evaluated by means of stability in solvent using classical molecular dynamics simulations (MD). The favored models of p53/FOXO4 complex were also investigated in the presence of double-stranded DNA fragments that correspond to response elements of p21 promoter, with the aim to identify the most appropriate p53/FOXO4 models. As a result, we propose a rational p53/FOXO4 complex that is compatible with the pre-initiation complex of p21 gene. Οι μεταγραφικοί παράγοντες της οικογένειας FOXO και οι ογκοκατασταλτικές πρωτεϊνες p53 έχουν μπει κάτω από το μικροσκόπιο της φαρμακευτικής έρευνας, καθώς εμπλέκονται στη ρύθμιση αρκετών σηματοδοτικών μονοπατιών που συσχετίζονται με την επιδιόρθωση του DNA, την αναστολή του κυτταρικού κύκλου και την ενεργοποίηση της απόπτωσης. Υπάρχουν ενδείξεις ότι τα FOXO4 και p53 συνδέονται εντός του πυρήνα των γηρασμένων κυττάρων προάγοντας τη μεταγραφή του p21 (αναστολέας του κυτταρικού κύκλου). Πρόσφατα έχει δειχθεί ότι η αναστολή της αλληλεπίδρασης FOXO4-p53 προωθεί την απόπτωση στα γηρασμένα κύτταρα. Αναπόφευκτα, αυτή η αλληλεπίδραση έχει χαρακτηριστεί ως βιολογικός στόχος, υπό τον όρο της αντιγηραντικής (σενολυτικής) επίπτωσή της. Η ακριβής δομή αυτού του συμπλόκου δεν έχει ακόμα αναλυθεί πειραματικά, εξαιτίας των πολύ δυναμικών περιοχών των δύο πρωτεϊνών. Παρόλα αυτά, η γνώση της διεπιφάνειας αλληλεπίδρασης αυτού του συμπλέγματος είναι εξαιρετικής σημασίας για την ανάπτυξη μικρών μορίων που θα μπορούσαν να παρεμποδίσουν το σχηματισμό του συμπλόκου. Ο στόχος αυτής της έρευνας είναι να παράσχει ορθολογικά μοντέλα του p53/FOXO4 συμπλέγματος βασιζόμενα σε πειραματική απόδειξη. Πρώτα, συλλέξαμε βιοχημικές, βιοφυσικές και δομικές πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένου τις διαθέσιμες δομές μέσω κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ και πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού των απομονωμένων τομέων του FOXO4 και του p53. Αυτά τα δεδομένα αναλύθηκαν για να επιλέξουμε τα κατάλληλα δομικά πρότυπα για την μοντελοποίηση των υποθετικών p53/FOXO4 συμπλόκων με διαφορετιούς προσανατολισμούς και αρχικές διαμορφώσεις. Βάσει της υπολογισμένης ελεύθερης ενέργειας σύνδεσης, επιλέξαμε τα πιο ευννοϊκά μοντέλα που ικανοποίησαν τους πειραματικούς περιορισμούς. Αυτά τα μοντέλα αξιολογήθηκαν μέσω της σταθερότητας σε διαλύτη χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις κλασικής μοριακής δυναμικής. Τα ευννοϊκά μοντέλα του p53/FOXO4 συμπλόκου ερευνήθηκαν επίσης με την παρουσία θραυσμάτων δίκλωνου DNA, τα οποία αντιστοιχούν στα στοιχεία ανταπόκρισης του προμότορα του p21, με στόχο να αναγνωρίσουμε τα πιο κατάλληλα p53/FOXO4 μοντέλα. Σαν αποτέλεσμα, προτείνουμε ένα ορθολογικό σύμπλοκο του p53 με το FOXO4 που είναι συμβατό με το σύμπλοκο εκκίνησης της μεταγραφής του p21 γονιδίου. 2023-03-03T08:03:56Z 2023-03-03T08:03:56Z 2023 https://hdl.handle.net/10889/24656 en application/pdf