Elucidating the Selective Mechanism of Drugs Targeting Cyclin-Dependent Kinases with Integrated MetaD-US Simulation

机制(生物学) 激酶 细胞周期蛋白依赖激酶 细胞周期蛋白 计算生物学 化学 癌症研究 细胞生物学 计算机科学 生物 生物化学 细胞周期 细胞 物理 量子力学
作者
Li Wang,Shu Li,Sutong Xiang,Huanxiang Liu,Huiyong Sun
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.4c01196
摘要

Cyclin-dependent kinases (CDKs), including CDK12 and CDK13, play crucial roles in regulating the cell cycle and RNA polymerase II activity, making them vital targets for cancer therapies. SR4835 is a selective inhibitor of CDK12/13, showing significant potential for treating triple-negative breast cancer. To elucidate the selective mechanism of SR4835 among three CDKs (CDK13/12/9), we developed an innovative enhanced sampling method, integrated well-tempered metadynamics-umbrella sampling (IMUS). IMUS synergistically combines the comprehensive pathway exploration capability of well-tempered metadynamics (WT-MetaD) with the precise free energy calculation capability of umbrella sampling, enabling the efficient and accurate characterization of drug-target interactions. The accurate calculation of binding free energy and the detailed analysis of the kinetic mechanism of the drug-target interaction using IMUS successfully elucidate the drug selectivity mechanism targeting the three CDKs, showing that the selectivity is primarily arising from differences in the stability of H-bonds within the Hinge region of the kinases and the interaction patterns during the protein-ligand recognition process. These findings also underscore the utility of IMUS in efficiently and accurately capturing drug-target interaction processes with clear mechanisms.
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