Computational design of a pentapeptide inhibitor for fibroblast growth factor receptor (FGFR3) IIIB

Abstract

Fibroblast büyüme faktörü reseptörü (FGFR) ligand bağlanması ile aktive olan hücre dışı bileşeninin dimerleştiği, tayrozin kinaz ailesine mensup bir hücre zarı proteinidir. FGFR3 IIIb ve IIIc olmak üzere iki izoform yapısına sahiptir. FGFR3 IIIb izoformu epitel hücrelerde yüksek miktarda üretilen bir protein olup; R248C mutasyonu seborrheik keratoz, deri nevüsü ve akantozis nigrikans gibi cilt hastalıklarına yol açar. Bu mutasyon, hücre içi sinyalizasyonu arttırarak deri hastalıklarına neden olan ligand bağımsız reseptör dimerleşmesine yol açar. R248C mutasyonunun neden olduğu hücresel sinyalizasyonu engellemek için, mutasyonu tanıyan ve dimerizasyon bölgesine bağlanan beşli bir peptid inhibitör tasarlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak moleküler yerleştirme (docking) ve moleküler dinamik (MD) simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bağlanma serbest enerjileri, çekme moleküler dinamik (SMD) ve Moleküler Mekanik Genelleştirilmiş Born Yüzey Alanı (MM-GBSA) metodları kullanılarak hesaplanmıştır. Bulunan beşli peptid, FGFR3 IIIb R248C mutasyonunun yol açtığı cilt hastalıkları için etkili bir ilaç adayı özelliği taşımaktadır.

Fibroblast growth factor receptor (FGFR) is a cell membrane protein, a member of tyrosine kinase family, which has extracellular domains activated by ligand binding, followed by receptor dimerization. FGFR3 has two isoforms, IIIb and IIIc. The IIIb isoforom of FGFR3 is a highly expressed epithelial cell protein, whose R248C mutation causes different kinds of dermatological diseases like seborrheic keratoses (SK), acanthosis nigricans (AN) and epidermal nevi (EN). This mutation leads to ligand independent receptor dimerization, which increases intracellular signaling, resulting in skin diseases. In order to prevent R248C mutation-caused cellular signaling, a pentapeptide ligand is designed that recognizes the mutation and binds to the receptor dimerization site. For this purpose molecular docking and molecular dynamics simulations are conducted. Binding free energy is calculated with Steered Molecular Dynamics (SMD) and Molecular mechanics ? Generalized Born Surface Area (MM-GBSA) methods. The found pentapeptide sequence appears to be a possible drug candidate for FGFR3 IIIb R248C mutation related skin diseases.