molecular docking to investigate the interaction between xanthatin and keap1 protein

אימות אינטראקציה של Xanthatin-Keap1 עם עגינה ו-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.

Author Spotlight: Streamlining Protein Target Prediction and Validation באמצעות Molecular Docking ו-CETSA

חיזוי ואימות מטרות חלבונים של תרכובת מולקולות קטנות

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.

עגינה מולקולרית לחקר האינטראקציה בין קסנטטין לחלבון Keap1

כדי להתחיל, הורד את המבנים הגבישיים של Xanthatin ו- Keap1. לאחר עיבוד המבנים, נווט בין שתי משימות ובחר באפשרות העגינה של ליגנד. בחר את רשת הקולטן כמו מהקובץ ולחץ על עיון.לאחר מכן לחץ על שולחן העבודה, פתח את תיקיית העגינה המולקולרית ולחץ פעמיים על קובץ 2FLU של רשת הגלישה. בחר את קובץ ה- zip 2FLU של רשת הגלישה ולחץ על פתח. כעת, לחץ על השתמש בליגנדות מקבצים.לאחר מכן לחץ על עיון ובחר שולחן עבודה. בחר בתיקיית העגינה המולקולרית ופתח את קובץ ligprep_1. לאחר מכן, בחר את הקובץ ligprep_1-out-maegz ולחץ לפתוח.גש להגדרות ובחר באפשרות דיוק כ- XP, דיוק נוסף. שנה את שם המשימה כדי לדאות. xp2flu ולאחר מכן לחץ על הפעל.כדי להציג את תוצאות העגינה, לחץ על קובץ ובחר אפשרויות ייבוא מבנים. נווט אל שולחן העבודה ופתח את תיקיית העגינה המולקולרית. לאחר מכן, בחר את קובץ XP 2FLU של תחנת העגינה לגלישה.בחר את תחנת העגינה להחלשה XP 1 pv. קובץ maegz ולחץ על פתח. לאחר מכן לחץ פעמיים על הנקודה בסביבת העבודה כדי לבחור את הליגנד.בחר sitemap_1_protein. לחץ על טבלה והחלק לקצה הימני כדי להציג את תוצאת העגינה. כדי להציג באופן חזותי את התוצאות הדו-ממדיות, בחר sitemap_1_protein כפי שהודגם קודם לכן.לחץ על Ligand Interaction, בחר View וסמן את תיבת מקרא LID. לאחר מכן לחץ קובץ, בחר שמור צילום מסך והזן 6, 000 לרוחב. בטל את סימון התיבה רקע שקוף ולחץ על אישור. שמור את הקובץ בשולחן העבודה כ-2D-xanthatin-2FLU.ניתוח עגינה מולקולרית ניבא את האינטראקציה בין קסנטטין לחלבון Keap1.

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 ...

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

הכנת דגימות של תרביות תאים ושינוי תרמי תאי (CETSA) לכתישה מערבית

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

אימות האינטראקציה בין קסנטטין לחלבון Keap1 באמצעות הכתמה מערבית