Молекулярное конструирование и виртуальный докинг олигопептидов для связывания и элиминирования из плазмы крови интерлейкина-6

Интерлейкин-6 (ИЛ-6) рассматривается в качестве перспективной мишени для разработки противовоспалительной терапии при многих патологических состояниях (сепсис, аутоиммунная патология, аллергические заболевания). Цель данного исследования – разработка и изучение эффективности олигопептидов, предназначенных для связывания ИЛ-6. Для достижения цели были поставлены и успешно решены следующие задачи: на основании изучения трехмерных моделей молекулярных структур ИЛ-6 в комплексе с рецептором к ИЛ-6 и gp130 спрогнозированы структуры перспективных низкомолекулярных олигопептидов; для выявления максимально эффективного олигопептида проведена оценка их свободной энергии связывания с ИЛ-6; изучена эффективность олигопептидов по изменению концентрации ИЛ-6 в модельном растворе после контакта с экспериментальными олигопептидами.

В статье представлены результаты вычисления энергии связывания 62 пептидов, сконструированных с помощью программы PyMol, с ИЛ-6. Энергию связывания олигопептидов с ИЛ-6 рассчитывали в программе Chimera с помощью приложения AutodockVina. Представлены также результаты экспериментов in vitro, в которых синтезированные 7 секстапептидов, 2 тетрапептида и 3 трипептида взаимодействовали с рекомбинатным ИЛ-6. Эффективность пептидов рассчитывали по снижению концентрации цитокина в растворе в процентах от исходной концентрации.

Анализ свободной энергии связывания показал, что эффективность связывания увеличивается с возрастанием общего числа аминокислот, в частности ароматических, в олигопептиде. Корреляционный анализ показал, что метод молекулярного моделирования не является абсолютно эффективным для прогнозирования структуры олигопептида, однако может использоваться в качестве одной из предварительных ступеней анализа взаимодействия между молекулами и изучения оптимальных точек их соприкосновения для принятия решения о целесообразности синтеза и дальнейшего исследования лигандов. В результате экспериментов in vitro были определены два наиболее перспективных олигопептида для дальнейшего синтеза с целью использования их в качестве лигандов для связывания ИЛ-6 в плазме крови человека.

1. Hunter, C. H. IL-6 as a keystone cytokine in health and disease / C. H. Hunter, S. A. Jones // Nat. Immunol. – 2015. – Vol. 16, N 5. – P. 448–457. https://doi.org/10.1038/ni.3153

2. IL-6/IL-6 receptor system and its role in physiological and pathological conditions / M. Mihara [et al.] // Clin. Sci. – 2012. – Vol. 122, N 4. – P. 143–159. https://doi.org/10.1042/cs20110340

3. LeMay, L. G. Role of interleukin 6 in fever in rats / L. G. LeMay, A. J. Vander, M. J. Kluger // Am. J. Phys.-Regu., Integr. Comp. Phys. – 1990. – Vol. 258, N 3. – P. R798–R803. https://doi.org/10.1152/ajpregu.1990.258.3.R798

4. The acute phase protein response in patients receiving subcutaneous Il-6 / R. E. Banks [et al.] // Clin. Exp. Immunol. – 1995. – Vol. 102, N 1. – P. 217–223. https://doi.org/10.1111/j.1365-2249.1995.tb06659.x

5. Ulich, T. R. In vivo hematologic effects of recombinant interleukin-6 on hematopoiesis and circulating numbers of RBCs and WBCs / T. R. Ulich, J. Castillo, K. Z. Guo // Blood. – 1989. – Vol. 73, N 1.

6. Lack of evidence for an increase in interleukin-6 expression in adult murine bone, bone marrow, and marrow stromal cell cultures after ovariectomy / S. J. Vargas [et al.] // J. Bone Miner. Res. – 1996. – Vol. 11, N 12. – P. 1926–1934. https://doi.org/10.1002/jbmr.5650111214

7. Overproduced interleukin 6 decreases blood lipid levels via upregulation of very-low-density lipoprotein receptor / M. Hashizume [et al.] // Ann. Rheum. Dis. – 2010. – Vol. 69, N 4. – P. 741–746. https://doi.org/10.1136/ard.2008.104844

8. Yuzaiful, M. Y. Targeting interleukin-6 in rheumatoid arthritis / M. Y. Yuzaiful, P. Emery // Drugs. – 2013. – Vol. 73, N 4. – P. 341–356. https://doi.org/10.1007/s40265-013-0018-2

9. Kang, S. Therapeutic uses of anti-interleukin-6 receptor antibody / S. Kang, T. Tanaka, T. Kishimoto // Int. Immunol. – 2015. – Vol. 27, N 1. – P. 21–29. https://doi.org/10.1093/intimm/dxu081

10. Anti-TNF-α therapies: the next generation / M. A. Palladino [et al.] // Nat. Rev. Drug Disc. – 2003. – Vol. 2, N 9. – P. 736–753. https://doi.org/10.1038/nrd1175

11. Automated docking of ligands to antibodies: method and applications / C. A. Sotriffer [et al.] // Methods. – 2000. – Vol. 20, N 3. – P. 280–291. https://doi.org/10.1006/meth.1999.0922

12. Solution structure of recombinant human interleukin-6 / G.-Yi Xu [et al.] // J. Mol. Biol. – 1997. – Vol. 268, N 2. – P. 468–481. https://doi.org/10.1006/jmbi.1997.0933

13. Saturation mutagenesis of the human interleukin 6 receptor binding site: implications for its three-dimensional structure / R. Savino [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. – 1993. – Vol. 90, N 9. – P. 4067–4071. https://doi.org/10.1073/pnas.90.9.4067