Комплекси фулеренів з амілоїдними фібрилами як перспективні нанокомпозити: дослідження методом молекулярного докінгу

Автор(и)

  • V.M. Trusova Department of Medical Physics and Biomedical Nanotechnologies, V.N. Karazin Kharkiv National University
  • P.E. Kuznietsov O.I. Akhiezer Department for Nuclear Physics and High Energy Physics, V.N. Karazin Kharkiv National University
  • O.A. Zhytniakivska Department of Medical Physics and Biomedical Nanotechnologies, V.N. Karazin Kharkiv National University
  • U.K. Tarabara Department of Medical Physics and Biomedical Nanotechnologies, V.N. Karazin Kharkiv National University
  • K.A. Vus Department of Medical Physics and Biomedical Nanotechnologies, V.N. Karazin Kharkiv National University
  • G.P. Gorbenko Department of Medical Physics and Biomedical Nanotechnologies, V.N. Karazin Kharkiv National University

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe68.12.807

Ключові слова:

фулерени, амiлоїднi фiбрили, молекулярний докiнг, нанокомпозитнi матерiали

Анотація

Молекулярнi взаємодiї мiж амiлоїдними фiбрилами Aβ-пептиду, iнсулiну та α-синуклеїну та фулеренами рiзного розмiру, зокрема, C20, C36, C60, C70 та C84, було дослiджено за допомогою методу молекулярного докiнгу. Виявлено, що фулерени зв’язуються з петлями або поворотами фiбрилярних агрегатiв Aβ-пептиду та α-синуклеїну, але локалiзуються на кiнцях амiлоїдних фiбрил iнсулiну, що свiдчить про нижчу спорiдненiсть фулеренiв до бiлкових агрегатiв цього типу. Для всiх систем, дослiджених у данiй роботi, зв’язування фулеренiв з амiлоїдними фiбрилами залежало вiд розмiру, причому бiльшi фулерени проявляли вищу афiннiсть та меншу загальну енергiю комплексацiї. Аналiз контактiв бiчних ланок пiдкреслив ключову роль ван-дер-Ваальсових сил, зокрема, алкiльних та π-алкiльних взаємодiй, в стабiлiзацiї комплексiв фулерен-амiлоїд. Отриманi результати було обговорено у контекстi нових нанокомпозитних матерiалiв на основi вуглецевих наночастинок та фiбрилярних бiлкiв, а також ролi фулеренiв в антиамiлоїднiй терапiї.

Посилання

A. Cho, S. Park. Exploring the global innovation systems perspective by applying openness index to national systems of innovation. J. Open Innov. Technol. Mark. Complex 8, 181 (2022).

https://doi.org/10.3390/joitmc8040181

P.K. Sharma, S. Dorlikar, P. Rawat, V. Malik, N. Vats, M. Sharma, J.S. Rhyee, A.K. Kaushik. Nanotechnology and its application: A review (Nanotechnology in Cancer Management, 2021).

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818154-6.00010-X

H. Mobeen, M. Safdar, A. Fatima, S. Afzal, H. Zaman, Z. Mehdi. Emerging applications of nanotechnology in context to immunology: A comprehensive review. Front. Bioeng. Biotechnol. 10, 1 (2022).

https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.1024871

A.D. Goswami, D.H. Trivedi, N.L. Jadhav, D.V. Pinjari. Sustainable and green synthesis of carbon nanomaterials: A review. J. Environ. Chem. Engineer. 9, 106118 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106118

R. Sridharan, B. Monisha, P.S. Kumar, K.V. Gayathri. Carbon nanomaterials and its applications in pharmaceuticals: A brief review. Chemosphere 294, 133731 (2022).

https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.133731

R.B. Onyancha, K.E. Ukhurebor, U.O. Aigbe, O.A. Osibote, H.S. Kusuma, H. Darmokoesoemo. A methodical review on carbon-based nanomaterials in energy-related applications. Ads. Sci. Technol. 2022, 4438286 (2022).

https://doi.org/10.1155/2022/4438286

P. Harris. Fullerene polymers: A brief review. J. Carbon Res. 6, 71 (2020).

https://doi.org/10.3390/c6040071

M. Paukov, C. Kramberger, I. Begichev, M. Kharlamova, M. Burdanova. Functionalized fullerenes and their applications in electrochemistry, solar cells, and nanoelectronics. Materials 16, 1276 (2023).

https://doi.org/10.3390/ma16031276

R. Bakry, R.M. Vallant, M. Najam-ul-Haq, M. Rainer, Z. Szabo, C.W. Huck, G.K. Bonn. Medicinal applications of fullerenes. Int. J. Nanomedicine 2, 639 (2007).

H. Kazemzadeh, M. Mozafari. Fullerene-based delivery systems. Drug Discovery Today 24, 898 (2019).

https://doi.org/10.1016/j.drudis.2019.01.013

N. Malhotra, G. Audira, A.L. Castillo, P. Siregar, J. Ruallo, M.J. Roldan, J.-R. Chen, J.-S. Lee, T.-R. Ger, C.-D. Hsiao. An update report on the biosafety and potential toxicity of fullerene-based nanomaterials toward aquatic animals. Oxid. Med. Cell Longev. 2021, 7995223 (2021).

https://doi.org/10.1155/2021/7995223

C. Li, R. Mezzenga. The interplay between carbon nanomaterials and amyloid fibrils in bio-nanotechnology. Nanoscale 5, 6207 (2013).

https://doi.org/10.1039/c3nr01644g

P.C. Ke, R. Zhou, L.C. Serpell, R. Riek, T.P.J. Knowles, H.A. Lashuel, E. Gazit, I.W. Hamley, T.P. Davis, M. Fandrich, D.E. Otzen, M.R. Chapman, C.M. Dobson, D.S. Eisenberg, R. Mezzenga. Half a century of amyloids: past, present and future. Chem. Soc. Rev. 49, 5473 (2020).

https://doi.org/10.1039/C9CS00199A

B. Choi, T. Kim, S.W. Lee, K. Eom. Nanomechanical characterization of amyloid fibrils using single-molecule experiments and computational simulations. Nanoscale Biol. Mater. 2016, 5873695 (2016).

https://doi.org/10.1155/2016/5873695

C. Li, R. Mezzenga. Functionalization of multiwalled carbon nanotubes and their pH-responsive hydrogels with amyloid fibrils. Langmuir 28, 10142 (2012).

https://doi.org/10.1021/la301541d

J. Majoroˇsova, M.A. Schroer, N. Tomaˇsoviˇcov'a, M. Batkov'a, P.-S. Hu, M. Kubovˇc'ıkov'a, D.I. Svergun, P. Kopˇcansk'y. Effect of the concentration of protein and nanoparticles on the structure of biohybrid nanocomposites. Biopolymers 111, e23342 (2020).

https://doi.org/10.1002/bip.23342

C. Li, J. Adamcik, R. Mezzenga. Biodegradable nanocomposites of amyloid fibrils and graphene with shape-memory and enzyme-sensing properties. Nat. Nanotechnol. 7, 421 (2012).

https://doi.org/10.1038/nnano.2012.62

K. Siposova, V.I. Petrenko, O.I. Ivankov, A. Musatov, L.A. Bulavin, M.V. Avdeev, O.A. Kyzyma. Fullerenes as an effective amyloid fibrils disaggregating nanomaterial. ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 29 (2020).

https://doi.org/10.1021/acsami.0c07964

Z. Liu, Y. Zou, Q. Zhang, P. Chen, Y. Liu, Z. Qian. Distinct binding dynamics, sites and interactions of fullerene and fullerenols with amyloid-β peptides revealed by molecular dynamics simulations. Int. J. Mol. Sci. 20, 2048 (2019).

https://doi.org/10.3390/ijms20082048

C. Bai, Z. Lao, Y. Chen, Y. Tang, G. Wei. Pristine and hydroxylated fullerenes prevent the aggregation of human islet amyloid polypeptide and display different inhibitory mechanisms. Front. Chem. 8, 51 (2020).

https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00051

E. Pettersen, T. Goddard, C. Huang, G. Couch, D. Greenblatt, E. Meng, T. Ferrin. UCSF Chimera - a visualization system for exploratory research and analysis. J. Comput. Chem. 25, 1605 (2004).

https://doi.org/10.1002/jcc.20084

I. Guedes, A.M.S. Barreto, D. Marinho, E. Krempser, M.A. Kuenemann, O. Sperandio, L.E. Dardenne, M.A. Miteva. New machine learning and physics-based scoring functions for drug discovery. Sci. Rep. 11, 3198 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41598-021-82410-1

Y. Yan, D. Zhang, P. Zhou, B. Li, S.-Y. Huang. HDOCK: A web server for protein-protein and protein-DNA/RNA docking based on a hybrid strategy. Nucl. Acids Res. 45, W365 (2017).

https://doi.org/10.1093/nar/gkx407

M. Karplus, H. J. Kolker. Van der Waals forces in atoms and molecules. J. Chem. Phys. 41, 3955 (1964).

https://doi.org/10.1063/1.1725842

R. Macovez. Physical properties of organic fullerene cocrystals. Front. Mater. 4, 46 (2018).

https://doi.org/10.3389/fmats.2017.00046

J. Ribas, E. Cubero, F. Luque, M. Orozco. Theoretical study of alkyl-π and aryl-π interactions. Reconciling theory and experiment. J. Org. Chem. 67, 7057 (2002).

https://doi.org/10.1021/jo0201225

Y. Li, C. Zhao, F. Luo, Z. Liu, X. Gui, Z. Luo, X. Zhang, D. Li, C. Liu, X. Li. Amyloid fibril structure of α-synuclein determined by cryo-electron microscopy. Cell Res. 28, 897 (2018).

https://doi.org/10.1038/s41422-018-0075-x

P. Huy, M. Li. Binding of fullerenes to amyloid beta fibrils: size matters. Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 20030 (2014).

https://doi.org/10.1039/C4CP02348J

Downloads

Опубліковано

2024-01-06

Як цитувати

Trusova, V., Kuznietsov, P., Zhytniakivska, O., Tarabara, U., Vus, K., & Gorbenko, G. (2024). Комплекси фулеренів з амілоїдними фібрилами як перспективні нанокомпозити: дослідження методом молекулярного докінгу. Український фізичний журнал, 68(12), 807. https://doi.org/10.15407/ujpe68.12.807

Номер

Том 68 № 12 (2023)

Розділ

Фізика рідин та рідинних систем, біофізика і медична фізика

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають