molecular docking to investigate the interaction between xanthatin and keap1 protein

Validierung der Xanthatin-Keap1-Interaktion mit Docking und CETSA

Proteins are highly important macromolecules in living organisms and possess a diverse range of unique functions within cells, such as membrane composition, cytoskeleton formation, enzyme activity, transportation, cell signaling, and involvement in both intracellular and extracellular mechanisms1,2,3. Proteins manifest their biological functions primarily through specific interactions with a variety of molecules, including other proteins, nucleic acids, small molecule ligands, and metal ions1,4. Ligands are small molecular compounds that specifically bind to proteins in an organism. The interaction between proteins and ligands occurs at specific sites on the protein, called the binding sites, also known as the binding pockets5. In medicinal chemistry research, the focus lies in identifying key proteins that are clearly associated with diseases, which serve as targets for drugs6. Therefore, gaining a deep understanding of the binding sites between proteins and ligands is of utmost importance in promoting drug discovery, design, and research7,8.
Molecular docking is a widely used computational tool for studying protein-ligand binding, which employs the three-dimensional structures of proteins and ligands to explore their primary binding modes and affinities when forming stable complexes9,10,11. The application of molecular docking technology originated in the 1970s. Based on the lock and key pairing principle and utilizing the algorithms of molecular docking software, one can determine the interaction between compounds and molecular targets by analyzing docking results. This approach enables the prediction of active binding sites for both the compound and the target molecule. Consequently, it facilitates the identification of an optimal binding conformation (here called the binding model) for ligand-receptor interactions, which is crucial for understanding the mechanics of these molecular engagements12,13,14,15. While molecular docking provides valuable computer-based predictions of ligand-receptor interactions, it is important to note that these are preliminary findings. Consequently, further experimental verification is essential to confirm these interactions.
The cellular thermal shift assay (CETSA), initially proposed by P&#228;r Nordlund&#39;s research team in 2013, serves as a method for validating drug-target protein interactions. This technique specifically tests the thermal stability of target proteins induced by drug binding, providing a practical approach for confirming molecular interactions16,17,18. This approach is based on the fundamental principle that ligand binding initiates a thermal shift within target proteins and is applicable to a wide array of biological samples, including cell lysates, intact living cells, and tissues19,20. CETSA supports direct target engagement of small molecules in intact cells by detecting thermodynamic stabilization of proteins due to ligand binding and linking the observed phenotypic response to the target compound21,22. Among the various methodologies derived from CETSA, Western Blot-CETSA (WB-CETSA) is considered a classical approach. Following sample preparation using the CETSA method, western blot analysis is utilized to detect alterations in the thermal stability of the target protein. This allows for the precise determination of drug-protein interactions within cellular systems17,23.
Xanthatin is a bioactive compound isolated from the plant Xanthium L. with properties such as anti-inflammatory, which has been used in traditional Chinese medicine to treat diseases like nasal sinusitis and arthritis24,25. The kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) is a component of the Cullin3-based Cullin-RING E3 ubiquitin ligase multi-subunit protein complex and an important regulator of intracellular redox homeostasis, which influences the intensity and duration of the inflammatory response by modulating the intracellular redox state26. In this study, we first utilized molecular docking to investigate the interaction between xanthatin (small molecule) and Keap1 protein, aiming to predict their binding mode. Subsequently, we employed the CETSA method to validate this interaction by assessing the impact of xanthatin on the thermal stability of the Keap1 protein.

Autor im Rampenlicht: Optimierung der Vorhersage und Validierung von Proteinzielen durch molekulares Docking und CETSA

Vorhersage und Validierung von Proteinzielen für niedermolekulare Verbindungen

Our research focuses on protein targets, prediction and validation of small molecular compounds. The experiment used here shows a method of molecular docking combined with similar thermal shift assay to predict and validate the interaction between small molecules and protein targets. These steps of CETSA are complicated and any steps errors during the operation can have a great impact on the results.Our protocol combines prediction with verification, effectively reducing both time consumption and economic costs. Furthermore, the experimental instruments and materials are easy to opt in. Finally, the CETSA samples are easy to prepare in test, which ensures the producibility of the samples.

Molekulares Docking zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Xanthatin und Keap1-Protein

Laden Sie zunächst die Kristallstrukturen von Xanthatin und Keap1 herunter. Navigieren Sie nach der Verarbeitung der Strukturen durch zwei Aufgaben, und wählen Sie die Option für das Andocken von Liganden aus. Wählen Sie das Rezeptorgitter aus der Datei aus und klicken Sie auf Durchsuchen.Klicken Sie dann auf Desktop, öffnen Sie den Ordner Molecular Docking und doppelklicken Sie auf die Glide-Grid 2FLU-Datei. Wählen Sie die Glide-Grid 2FLU-ZIP-Datei aus und klicken Sie auf Öffnen. Klicken Sie nun auf Liganden aus Dateien verwenden.Klicken Sie dann auf Durchsuchen und wählen Sie Desktop aus. Wählen Sie den Ordner "Molecular Docking" aus und öffnen Sie die ligprep_1 Datei. Wählen Sie danach die Datei ligprep_1-out-maegz aus und klicken Sie auf Öffnen.Greifen Sie auf die Einstellungen zu und wählen Sie die Option XP, zusätzliche Präzision. Ändern Sie den Auftragsnamen so, dass er gleitet. xp2flu und klicken Sie dann auf Ausführen.Um die Docking-Ergebnisse anzuzeigen, klicken Sie auf Datei und wählen Sie Optionen für Importstrukturen. Navigieren Sie zum Desktop und öffnen Sie den Ordner Molecular Docking. Wählen Sie anschließend die Datei glide-dock XP 2FLU aus.Wählen Sie das Gleitdock XP 1 pv. maegz-Datei und klicken Sie auf Öffnen. Doppelklicken Sie dann auf den Punkt im Arbeitsbereich, um den Liganden auszuwählen.Wählen Sie sitemap_1_protein aus. Klicken Sie auf Tabelle und schieben Sie den Mauszeiger ganz nach rechts, um die Andockpunktzahl anzuzeigen. Um die 2D-Ergebnisse zu visualisieren, wählen Sie sitemap_1_protein aus, wie zuvor gezeigt.Klicken Sie auf Ligandeninteraktion, wählen Sie Ansicht und aktivieren Sie das Kontrollkästchen LID-Legende. Klicken Sie dann auf Datei, wählen Sie Screenshot speichern und geben Sie 6.000 als Breite ein. Deaktivieren Sie das Kontrollkästchen für den transparenten Hintergrund und klicken Sie auf OK. Speichern Sie die Datei auf dem Desktop als 2D-xanthatin-2FLU.Die molekulare Docking-Analyse sagte die Wechselwirkung zwischen Xanthatin und dem Keap1-Protein voraus.

Research

JoVE Journal

Medicine

Molecular Docking to Investigate the Interaction Between Xanthatin and Keap1 Protein

Protein Target Prediction and Validation of Small Molecule Compound

Proteins are fundamental to human physiology, with their targets being crucial in research and drug development. The identification and validation of ...

Forschung

Medizin

Cell Culture and Cellular Thermal Shift Assay (CETSA) Sample Preparation for Western Blotting

Probenvorbereitung für Zellkulturen und Cellular Thermal Shift Assay (CETSA) für Western Blotting

Verification of the Interaction Between Xanthatin and Keap1 Protein Using Western Blotting

Nachweis der Wechselwirkung zwischen Xanthatin und Keap1-Protein mittels Western Blotting