Investigation of type 4 pili atpase inhibitor using computational tools

Abstract

Günümüzde bakteri kaynaklı hastalıkların tedavisinde kullanılan antibiyotik sınıflarının keşfinin yavaşlaması ve hızla artan antibiyotik direnci farklı terapötik yaklaşımlar gerektirmektedir. Geleneksel antibiyotiklerin etkisi azalırken, bu antibiyotiklere alternatif olarak bakteriyel virülansı hedefleyen ilaç moleküllerinin belirlenmesi kaçınılmazdır. Bu ‘Antivirülans terapileri’ insanlarda enfeksiyona neden olan patojenleri öldürmek yerine patojenleri saldırı silahlarından arındırırlar. Bu tez çalışmasında, P. aeruginosa ve N. meningitidis mikroorganizmaları için tip 4 pili’nin (T4P) uzama ATPazının inhibisyonu hedeflenmiştir. Hedef mikroorganizmalar, Dünya Sağlık Örgütünün, risk faktörü yüksek olan bakteriler listesinden, ilgili antibiyotiklerin geliştirilme aciliyetine göre seçilmiştir. Tez kapsamında piperidin içeren doğal ürünlerin inhibitör olarak kullanımına odaklanılmış olup, P. aeruginosa'nın PilB ve N. meningitidis'in PilF ATPaz proteinleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Hedef yapıdaki olası bağlanma bölgeleri, protein yüzeyindeki ligand bağlanma bölgelerini tanımlayan MetaPocket 2.0 sunucusu tarafından belirlenmiştir. İncelenen çalışmalarda bu enzimlerde ADP molekülünün bağlandığı bölgelerin T4P inhibisyon mekanizmasında önemli rol oynadığı görülmüştür, bu bölge ligand bağlanma bölgesi seçilmiştir. En çok doğal ürün içeren COlleCtion of Open Natural prodUcTs (COCONUT) kütüphanesi ilaç adayları için veri tabanı olarak seçilmiş, FAF-Drugs4 kullanılarak da filtrelenmiştir. Son olarak uzama ATPazların işlevlerini inhibe eden doğal ürünleri belirlemek için sanal tarama ve moleküler yerleştirme yöntemleri uygulanmıştır. Her iki reseptör için bağlanma enerjileri -9.0kcal/ mol'den düşük olan ligandlar, potansiyel inhibitörler olarak kabul edilmiştir. Seçilen ligandların biyoloji aktivite tahminleri PASS sunucusu ile yapılmıştır. Ligandların yapısal benzerlikleri, biyolojik aktivitelerdeki tutarlılık ve bağlanmada yer alan rezidüların benerlikleri T4P proteinlerinin inhibisyonu hakkında önemli bilgiler sağlamıştır. Bu çalışmanın sonunda P. aeruginosa ve N. Meningitidis’e yönelik bakteri enfeksiyonlarında antivirülans hedefi olarak değerlendirilebilecek moleküller belirlenmiştir.

The rapidly increasing resistance to available antibiotics and the reduced rate in new antibiotic discovery leads to alternative therapeutic approaches. An attractive strategy is to identify molecules that target bacterial virulence as an alternative to traditional antibiotics with low efficacies. Anti-virulence therapies cleanse the pathogens from their weapons instead of killing the pathogens that cause infections. This thesis work investigates the inhibition of the assembly ATPase of type 4 pili’s (T4P) in P. aeruginosa and N. meningitidis. These microorganisms are among the World Health Organization’s list of pathogenic bacteria for which there is urgency to develop new antibiotics. Based on the finding that the selected target in N. meningitidis is inhibited by a compound contining the natural product piperidin in its structure, in this thesis piperidine-including natural products were screened for their inhibition. To this end, PilB protein of P. aeruginosa and PilF protein of N. meningitidis were studied in detail. The binding regions in the target structures were determined by MetaPocket 2.0. Previous studies reported the importance of the ADP binding regions in the inhibition of T4P. Based on this information, the ligand binding regions were selected. Computational drug library was retrieved from COlleCtion of Open Natural prodUcTs (COCONUT), and FAF-Drugs4 was used for filtration. Finally, in order to select natural products that inhibit the assembly ATPase, virtual library screening was performed. Ligands with binding energies better than -9.0 kcal/ mol for both structures were accepted as potential inhibitors. Biological activity estimations of the selected ligands were performed by PASS server. The structural similarity of these ligands, the consistency of their biological activity, and the common residues in their binding regions provide valuable information for the inhibition of T4P proteins. In this work, molecules that can be considered as antivirulence targets in bacterial infections of P. aeruginosa and N. meningitidis were determined.