Molecular insights into the binding of carnosine and anserine to human serum carnosinase 1 (CN1)
Creators
- 1. Kasetsart University
Description
Carnosine (CAR) and anserine (ANS) are histidine-containing dipeptides that show the therapeutic properties and protective abilities against diabetes and cognitive deficit. Both dipeptides are rich in meat products and have been used as a supplement. However, in humans, both compounds have a short half-life due to the rapid degradation by dizinc carnosinase 1 (CN1) which is a hurdle for its therapeutic application. To date, a comparative study of carnosine- and anserine-CN1 complexes is limited. Thus, in this work, molecular dynamics (MD) simulations were performed to explore the binding of carnosine and anserine to CN1. CN1 comprises 2 chains (Chains A and B). Both monomers are found to work independently and alternatingly. The displacement of Zn 2+ pair is found to disrupt the substrate binding. CN1 employs residues from the neighbour chain (H235, T335, and T337) to form the active site. This highlights the importance of a dimer for enzymatic activity. Anserine is more resistant to CN 1 than carnosine because of its bulky and dehydrated imidazole moiety. Although both dipeptides can direct the peptide oxygen to the active Zn 2+ which can facilitate the catalytic reaction, the bulky methylated imidazole on anserine promotes various poses that can retard the hydrolytic activity in contrast to carnosine. Anserine is likely to be the temporary competitive inhibitor by retarding the carnosine catabolism.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
Carnosine (CAR) وAnserine (ANS) هي ثنائيات الببتيد التي تحتوي على الهيستيدين والتي تظهر الخصائص العلاجية والقدرات الوقائية ضد مرض السكري والعجز المعرفي. كل من ثنائي الببتيد غني بمنتجات اللحوم وقد تم استخدامه كمكمل غذائي. ومع ذلك، في البشر، يكون لكلا المركبين نصف عمر قصير بسبب التحلل السريع بواسطة ديزينك كارنوزيناز 1 (CN1) وهو عقبة أمام تطبيقه العلاجي. حتى الآن، لا تزال الدراسة المقارنة لمجمعات carnosine - و anserine - CN1 محدودة. وهكذا، في هذا العمل، تم إجراء محاكاة للديناميكيات الجزيئية (MD) لاستكشاف ارتباط الكارنوزين والأنزيرين بـ CN1. يتكون النفثالين 1 من سلسلتين (السلسلتان أ و ب). وجد أن كلا المونومرين يعملان بشكل مستقل وبالتناوب. تم العثور على إزاحة زوج Zn 2+ لتعطيل ربط الركيزة. يستخدم CN1 بقايا من السلسلة المجاورة (H235 و T335 و T337) لتشكيل الموقع النشط. وهذا يسلط الضوء على أهمية وجود ديمر للنشاط الأنزيمي. الأنزيرين أكثر مقاومة لـ CN 1 من الكارنوزين بسبب جزئه الضخم والمجفف من الإيميدازول. على الرغم من أن كلا ثنائي الببتيد يمكن أن يوجه أكسجين الببتيد إلى Zn 2+ النشط الذي يمكن أن يسهل التفاعل الحفاز، إلا أن الإيميدازول الميثيلي الضخم على الأوزيرين يعزز المواقف المختلفة التي يمكن أن تؤخر النشاط التحليلي المائي على النقيض من الكارنوزين. من المرجح أن يكون أنسيرين مثبطًا تنافسيًا مؤقتًا عن طريق إعاقة تقويض كارنوزين.Translated Description (French)
La carnosine (CAR) et l'ansérine (ans) sont des dipeptides contenant de l'histidine qui montrent les propriétés thérapeutiques et les capacités protectrices contre le diabète et le déficit cognitif. Les deux dipeptides sont riches en produits carnés et ont été utilisés comme complément. Cependant, chez l'homme, les deux composés ont une demi-vie courte en raison de la dégradation rapide par la dizinc carnosinase 1 (CN1) qui constitue un obstacle à son application thérapeutique. À ce jour, une étude comparative des complexes carnosine- et ansérine-CN1 est limitée. Ainsi, dans ce travail, des simulations de dynamique moléculaire (DM) ont été réalisées pour explorer la liaison de la carnosine et de l'ansérine au CN1. CN1 comprend 2 chaînes (Chaînes A et B). Les deux monomères fonctionnent indépendamment et alternativement. Le déplacement de la paire Zn 2+ perturbe la liaison du substrat. CN1 utilise des résidus de la chaîne voisine (H235, T335 et T337) pour former le site actif. Cela souligne l'importance d'un dimère pour l'activité enzymatique. L'antisérine est plus résistante au CN 1 que la carnosine en raison de sa fraction imidazole volumineuse et déshydratée. Bien que les deux dipeptides puissent diriger l'oxygène peptidique vers le Zn 2+ actif, ce qui peut faciliter la réaction catalytique, l'imidazole méthylé volumineux sur l'ansérine favorise diverses poses qui peuvent retarder l'activité hydrolytique contrairement à la carnosine. L'ansérine est susceptible d'être l'inhibiteur compétitif temporaire en retardant le catabolisme de la carnosine.Translated Description (Spanish)
La carnosina (CAR) y la anserina (ANS) son dipéptidos que contienen histidina que muestran las propiedades terapéuticas y las capacidades protectoras contra la diabetes y el déficit cognitivo. Ambos dipéptidos son ricos en productos cárnicos y se han utilizado como suplemento. Sin embargo, en humanos, ambos compuestos tienen una vida media corta debido a la rápida degradación por la carnosinasa 1 de zinc (CN1), que es un obstáculo para su aplicación terapéutica. Hasta la fecha, un estudio comparativo de los complejos de carnosina y anserina-CN1 es limitado. Por lo tanto, en este trabajo, se realizaron simulaciones de dinámica molecular (MD) para explorar la unión de carnosina y anserina a CN1. CN1 comprende 2 cadenas (Cadenas A y B). Se encuentra que ambos monómeros funcionan de forma independiente y alterna. Se encuentra que el desplazamiento del par Zn 2+ interrumpe la unión del sustrato. CN1 emplea residuos de la cadena vecina (H235, T335 y T337) para formar el sitio activo. Esto resalta la importancia de un dímero para la actividad enzimática. La anserina es más resistente al CN 1 que la carnosina debido a su resto de imidazol voluminoso y deshidratado. Aunque ambos dipéptidos pueden dirigir el oxígeno del péptido al Zn 2+ activo, lo que puede facilitar la reacción catalítica, el imidazol metilado voluminoso en anserina promueve varias posturas que pueden retrasar la actividad hidrolítica en contraste con la carnosina. Es probable que la anserina sea el inhibidor competitivo temporal al retrasar el catabolismo de la carnosina.Files
pchem-25.pdf.pdf
Files
(2.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:419b2a7fea85a70a8d6c567b9e0b6a92
|
2.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- رؤى جزيئية حول ارتباط الكارنوزين والأنزيرين بكارنوزيناز مصل الدم البشري 1 (CN1)
- Translated title (French)
- Aperçu moléculaire de la liaison de la carnosine et de l'ansérine à la carnosinase sérique humaine 1 (CN1)
- Translated title (Spanish)
- Conocimientos moleculares sobre la unión de la carnosina y la anserina a la carnosinasa 1 sérica humana (CN1)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4306943993
- DOI
- 10.7717/peerj-pchem.25
References
- https://openalex.org/W1246408853
- https://openalex.org/W1964784750
- https://openalex.org/W1970796396
- https://openalex.org/W1974719399
- https://openalex.org/W1976161355
- https://openalex.org/W1986411758
- https://openalex.org/W1994303895
- https://openalex.org/W1996897235
- https://openalex.org/W2000305904
- https://openalex.org/W2010076108
- https://openalex.org/W2012660980
- https://openalex.org/W2029667189
- https://openalex.org/W2033090934
- https://openalex.org/W2040244904
- https://openalex.org/W2040809050
- https://openalex.org/W2045066127
- https://openalex.org/W2045683699
- https://openalex.org/W2050456292
- https://openalex.org/W2052030759
- https://openalex.org/W2057363122
- https://openalex.org/W2057477511
- https://openalex.org/W2061177324
- https://openalex.org/W2062129613
- https://openalex.org/W2065283382
- https://openalex.org/W2065731270
- https://openalex.org/W2067174909
- https://openalex.org/W2074274149
- https://openalex.org/W2086357384
- https://openalex.org/W2088917076
- https://openalex.org/W2098649954
- https://openalex.org/W2111370164
- https://openalex.org/W2114520383
- https://openalex.org/W2120501091
- https://openalex.org/W2120773936
- https://openalex.org/W2123768693
- https://openalex.org/W2131274976
- https://openalex.org/W2140797812
- https://openalex.org/W2144288821
- https://openalex.org/W2148150393
- https://openalex.org/W2316953182
- https://openalex.org/W2327581403
- https://openalex.org/W2330799739
- https://openalex.org/W2341887263
- https://openalex.org/W2537658336
- https://openalex.org/W2744882522
- https://openalex.org/W2806473610
- https://openalex.org/W2888314912
- https://openalex.org/W2909546566
- https://openalex.org/W3008318402
- https://openalex.org/W3037986012
- https://openalex.org/W3184926189
- https://openalex.org/W3216343250
- https://openalex.org/W4211196614