ヒトトール様受容体４-骨髄分化因子-２（ｈＴＬＲ４-ＭＤ-２）複合体の阻害のためのタンパク質-タンパク質相互作用阻害剤のファーマコフォア支援インシリコ同定への構造的洞察

Structural insights into pharmacophore-assisted in silico identification of protein-protein interaction inhibitors for inhibition of human toll-like receptor 4 - myeloid differentiation factor-2 (hTLR4-MD-2) complex.

• Vinita Mishra
• Chandramani Pathak

抄録

トール様受容体4（TLR4）は、細菌のリポ多糖（LPS）の受容体として機能するトール様受容体（TLR）ファミリーの一員である。TLR4単独では、共受容体である骨髄分化因子-2（MD-2）の助けなしにLPSを認識することはできません。LPS と TLR4 の結合は LPS-TLR4-MD-2 複合体を形成し、免疫応答の活性化、炎症、NF-κB 活性化のための下流シグナル伝達を指示します。TLR4シグナルの活性化は、様々な病態生理的な結果と関連しています。そのため、TLR4-MD-2複合体形成におけるタンパク質-タンパク質相互作用（PPI）を標的とすることは、炎症性疾患を標的とした魅力的な治療法となる可能性があります。本研究の目的は、ファーマコフォアマッピングに基づいた計算機的創薬アプローチを用いて、低分子PPI阻害剤（SMPPII）を同定することにある。本研究では、TLR4-MD-2ホモ二量体の一次側（TLR4-MD-2）と二量体化側（MD-2-TLR4*）のタンパク質-タンパク質相互作用界面に存在するホットスポット残基とそのファルマコフォア特性に関する情報をインシリコ法を用いて取得した。また、TLR4-MD-2のタンパク質-タンパク質相互作用を制限する可能性のある有望な候補が、バーチャルスクリーニングの後に同定された。バーチャルスクリーニングされた化合物のインシリコでのオフターゲットプロファイリングにより、他の可能性のある分子標的が明らかになった。そのうち2つの化合物（C11とC15）は、HYDE評価の結果、μMの範囲内で阻害濃度を有すると予測された。また、これら2つの化合物と標的タンパク質との複合体について分子動力学シミュレーションを行った結果、複合体の安定性が確認された。これらの化合物は、慢性炎症性疾患の治療薬としての可能性を秘めていると考えられる。

Toll-like receptor 4 (TLR4) is a member of Toll-Like Receptors (TLRs) family that serves as a receptor for bacterial lipopolysaccharide (LPS). TLR4 alone cannot recognize LPS without aid of co-receptor myeloid differentiation factor-2 (MD-2). Binding of LPS with TLR4 forms a LPS-TLR4-MD-2 complex and directs downstream signaling for activation of immune response, inflammation and NF-κB activation. Activation of TLR4 signaling is associated with various pathophysiological consequences. Therefore, targeting protein-protein interaction (PPI) in TLR4-MD-2 complex formation could be an attractive therapeutic approach for targeting inflammatory disorders. The aim of present study was directed to identify small molecule PPI inhibitors (SMPPIIs) using pharmacophore mapping-based approach of computational drug discovery. Here, we had retrieved the information about the hot spot residues and their pharmacophoric features at both primary (TLR4-MD-2) and dimerization (MD-2-TLR4*) protein-protein interaction interfaces in TLR4-MD-2 homo-dimer complex using in silico methods. Promising candidates were identified after virtual screening, which may restrict TLR4-MD-2 protein-protein interaction. In silico off-target profiling over the virtually screened compounds revealed other possible molecular targets. Two of the virtually screened compounds (C11 and C15) were predicted to have an inhibitory concentration in μM range after HYDE assessment. Molecular dynamics simulation study performed for these two compounds in complex with target protein confirms the stability of the complex. After virtual high throughput screening we found selective hTLR4-MD-2 inhibitors, which may have therapeutic potential to target chronic inflammatory diseases.