AI-Guided Conformational Dynamics of p53 L1 Loop Reveal an Allosteric Switch Regulating DNA Binding and Cancer Hotspots

变构调节 化学 抑制器 生物物理学 DNA 转录因子 抄写(语言学) 分子动力学 机制(生物学) 细胞生物学 动力学(音乐) 功能(生物学) 变构酶 结合位点 计算生物学 突变 血浆蛋白结合 动力学 DNA损伤 残留物(化学) 构象变化 蛋白质-蛋白质相互作用 过渡(遗传学) 氢键 DNA结合域 蛋白质结构 能源景观 生物化学 DNA修复 分子开关 转录调控 循环(图论) 蛋白质动力学 立体化学 蛋白质结构域
作者
Pablo Navarro Acero,Ming‐Hong Hao,Karan Kapoor
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:66 (3): 1781-1788
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.5c02227
摘要

The tumor suppressor p53 regulates transcription in response to cellular stress, with mutations in its DNA-binding domain (DBD) found in most human cancers. The L1 loop within the DBD is believed to play a critical role in DNA recognition, yet its conformational dynamics remain poorly understood. Using enhanced molecular dynamics simulations combined with machine learning-derived collective variables, we reveal a novel conformational switch mechanism governing p53's DNA-binding activity. Our analysis identifies two distinct transition pathways between extended (DNA-binding competent) and recessed conformations, each characterized by specific hydrogen bond networks and high energy barriers. We discovered a potential allosteric mechanism regulating the DNA-p53 binding interface that could provide an atomistic basis for gene-specific transcription regulation. This mechanism would explain the prevalence of certain cancer mutations, particularly at residue R282. Finally, we provide a mechanistic rationale for how compounds targeting a reactivation pocket near the L1 loop may restore p53 function by modulating DNA binding kinetics rather than affinity, thereby reconciling previously observed rescue effects.
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