In silico study on graphene quantum dots modified with various functional groups inhibiting α‑synuclein dimerization

石墨烯 量子点 氢键 堆积 纳米技术 盐桥 化学 密度泛函理论 分子动力学 材料科学 计算化学 分子 有机化学 生物化学 基因 突变体
作者
Xiaoxiao Wu,Gang Wang,Ziqian Zhao,Zhenyu Qian
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:667: 723-730 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.04.111
摘要

Hypothesis: Graphene quantum dots (GQDs) with various functional groups are hypothesized to inhibit the α-synuclein (αS) dimerization, a crucial step in Parkinson's disease pathogenesis. The potential of differently functionalized GQDs is systematically explored. Experiments: All-atom replica-exchange molecular dynamics simulations (accumulating to 75.6 μs) in explicit water were performed to study the dimerization of the αS non-amyloid component region and the influence of GQDs modified with various functional groups. Conformation ensemble, binding behavior, and free energy analysis were conducted. Findings: All studied GQDs inhibit β-sheet and backbone hydrogen bond formation in αS dimers, leading to looser oligomeric conformations. Charged GQDs severely impede the growth of extended β-sheets by providing extra contact surface. GQD binding primarily disrupts αS inter-peptide interactions through π-π stacking, CH-π interactions, and for charged GQDs, additionally through salt-bridge and hydrogen bonding interactions. GQD-COO– showed the most optimal inhibitory effect, binding mode, and intensity, which holds promise for the development of nanomedicines targeting amyloid aggregation in neurodegenerative diseases.
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