title: Fragment screening of CaBdf1 BD2 for lead compound identification and theoretical analysis of NOESY peak intensities for the structure elucidation of protein ligand complexes
Creators: name: Schmoll, Colin Marc
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Candida albicans ist ein opportunistischer Hefepilz, der in 40-60% gesunder Erwachsenen vorkommt. Bei immungeschwächten Personen kann C. albicans in ein pathogenes Stadium verfallen und eine Candidose mit einer hohen Sterblichkeitsrate verursachen. Der Bromodomänen-enthaltende Faktor 1 (Bdf1) ist entscheidend für das Überleben von C. albicans und spielt eine Schlüsselrolle bei der Genregulation. Als Mitglied der BET-Familie enthält CaBdf1 zwei Bromodomänen, deren Bindungstaschen etwas breiter sind als bei ihren menschlichen Homologen, was eine selektive Hemmung ermöglicht. Im ersten Projekt dieser Arbeit wurde ein Fragment basiertes Screening mittels Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) unter Verwendung von Saturation Transfer Difference (STD), Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) und 1H, 15N HSQC-Techniken durchgeführt, um acht vielversprechende Fragmente zu identifizieren, die an die orthosterische Stelle der BD2 von CaBdf1 binden. Es wurde ein Liganden-basierter Pharmakophor berechnet und mit dem strukturbasierten Pharmakophor verglichen, der aus der veröffentlichten Struktur abgeleitet wurde. Dieser Vergleich zeigte alle wichtigen strukturellen Merkmale des Liganden-basierten Pharmakophores auch im strukturbasierten Pharmakophor, was diese Fragmente als Grundlage für die Entwicklung eines vielversprechenden Inhibitors unterstützt. Das zweite Projekt befasst sich mit dem Nuclear Overhauser Effect (NOE), einem NMR-Phänomen, bei dem räumlich nahe beieinander liegende Kerne durch Kreuzrelaxation interagieren und das für die Untersuchung von Protein-Ligand-Wechselwirkungen entscheidend ist. Ein 2D-[1H-1H]-NOESY-Spektrum wurde für K-Ras, das an 7-Fluor-N,N-dimethyl-1-benzofuran-2-carboxamid gebunden ist, unter verschiedenen Bedingungen wie Mischzeiten, Temperaturen und Gesamtkonzentrationen von Protein und Ligand simuliert. Die Simulationen zeigten ein realistisches Verhalten der Diagonal- und Kreuzpeak-Intensitäten als Funktion der Mischungszeit, was das Modell bestätigt. Die temperaturabhängigen Simulationen stimmen auch mit den experimentellen Daten für einen anderen K-ras-Ligandenkomplex überein und zeigen erhöhte Diagonalpeak- und verringerte Cross-Peak-Intensitäten bei höheren Temperaturen. Diese Ergebnisse bilden eine solide Grundlage für die weitere Analyse und Validierung der Simulation von Protein-Ligand-Interaktionen.
description: Candida albicans, an opportunistic yeast present in 40-60% of healthy adults, can become pathogenic in immunocompromised individuals, causing candidiasis with a high mortality rate. The Bromodomain-containing factor 1 (CaBdf1) is crucial for C. albicans survival, playing a key role in gene regulation. As a member of the BET family, CaBdf1 contains two bromodomains with binding pockets slightly wider than their human homologs, allowing selective inhibition. The first project of this thesis utilizes Nuclear Magnetic Resonance (NMR) fragment-based screening using Saturation Transfer Difference (STD), Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG), and 1H,15N HSQC techniques to identify eight promising fragments binding to the orthosteric’s site of BD2 domain of CaBdf1. A fragment-based pharmacophore was developed and validated against the structure-based pharmacophore derived from the published structure, supporting these fragments as foundations for promising binder development. The second project is about the Nuclear Overhauser Effect (NOE), an NMR phenomenon where spatially close nuclei interact through cross-relaxation, and is crucial for studying protein-ligand interactions. A 2D-[1H-1H]-NOESY spectrum was simulated for K-Ras bound to 7-fluoro-N, N-dimethyl-1-benzofuran-2-carboxamide under varying conditions of mixing times, temperatures, and total protein/ligand concentrations. Simulations showed realistic behavior of diagonal- and cross-peak intensities as a function of mixing time, validating the model. Temperature-dependent simulations also align with the experimental data for a different K-ras ligand complex, showing increased diagonal-peak and decreased cross-peak intensities at higher temperatures. These results provide a robust foundation for further analysis and validation of protein-ligand interaction simulation.