Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

The Effect of Using DMSO as a Cosolvent for Ligand Binding Studies

Birgersson, Simon LU (2019) KFKM05 20182
Biophysical Chemistry
Abstract
DMSO sees common application as a solvent for studies of synthetic molecules in biological systems, in fields such as drug design. Despite this, the possibility and nature of solvent interactions with both synthetic ligand and their target macromolecules is widely unexamined. DMSO could potentially have significant effect on binding characteristics due to conformational changes of protein structure. In this thesis, I have studied the effects of DMSO on the binding of a synthetic ligand to the carbohydrate recognition domain of galectin-3C using isothermal titration calorimetry (ITC) and NMR relaxation dispersion experiments. ITC reports on the thermodynamics of binding, whereas NMR relaxation dispersion reports on the kinetics of binding.... (More)
DMSO sees common application as a solvent for studies of synthetic molecules in biological systems, in fields such as drug design. Despite this, the possibility and nature of solvent interactions with both synthetic ligand and their target macromolecules is widely unexamined. DMSO could potentially have significant effect on binding characteristics due to conformational changes of protein structure. In this thesis, I have studied the effects of DMSO on the binding of a synthetic ligand to the carbohydrate recognition domain of galectin-3C using isothermal titration calorimetry (ITC) and NMR relaxation dispersion experiments. ITC reports on the thermodynamics of binding, whereas NMR relaxation dispersion reports on the kinetics of binding. ITC results displayed an increase in calculated KD from 5.588 μM to 13.02 μM with the addition of 10 % (v/v) DMSO, as well as an increase in free energy from −30.28 kJ/mol to −28.1665 kJ/mol. NMR relaxation dispersion studies showed that the chemical exchange rate of binding site residues decreased as well. Kinetic on- and off-rates were determined from the chemical exchange rate. Notably the on-rate was affected by DMSO ~10% more than the off-rate, indicating that the reduced binding affinity is primarily caused by a reduced frequency of protein-ligand encounters. (Less)
Abstract (Swedish)
DMSO är ett vanligt lösningsmedel för studier av syntetiska molekyler i biologiska system, bl.a. inom läkemedelsutveckling. Trots detta är lösningsmedlets interaktioner med dessa syntetiska molekyler och deras målprotein inte tillräckligt undersökta. DMSO kan påverka proteinerna struktur eller ha någon annan inverkan
inbindningen. I detta arbete har denna möjliga effekt studerats för inbindningen av den syntetiska molekylen KP0440 och en kapad version av proteinet Galectin-3 som endast innefattar the kolhydratsbindande domänet. Detta utförs med hjälp av ITC och CPMG relaxations-dispersionsexperiment för att utvärdera inverkan på både termodynamiska och kinetiska parametrar över en spädningsserie DMSO från 0 % till 10 % volymprocent.... (More)
DMSO är ett vanligt lösningsmedel för studier av syntetiska molekyler i biologiska system, bl.a. inom läkemedelsutveckling. Trots detta är lösningsmedlets interaktioner med dessa syntetiska molekyler och deras målprotein inte tillräckligt undersökta. DMSO kan påverka proteinerna struktur eller ha någon annan inverkan
inbindningen. I detta arbete har denna möjliga effekt studerats för inbindningen av den syntetiska molekylen KP0440 och en kapad version av proteinet Galectin-3 som endast innefattar the kolhydratsbindande domänet. Detta utförs med hjälp av ITC och CPMG relaxations-dispersionsexperiment för att utvärdera inverkan på både termodynamiska och kinetiska parametrar över en spädningsserie DMSO från 0 % till 10 % volymprocent. Resultaten från ITC visade en ~60% försvagad inbindning vid tillsättning av 10 % DMSO och en mer gynnsam entropi för liganden fritt i lösningen
än jämfört med i bundet tillstånd när DMSO var tillsatt. CPMG-studierna visade att det kemiska utbytet mellan bundet och obundet tillstånd minskade med DMSO på ett liknande vis som hos ITC-resultaten. Kinetiska på- och avhastigheter räknade ut utifrån kemiska utbyteskonstanten, och av intresse var att minskningen var större för påhastigheten relativt till av-hastigheten vilket skulle innebära att DMSO:s inverkan skulle mest bero på den minskade frekvensen av mötet mellan protein och ligand i lösningen. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Protein är livets arbetshästar. Nästan varje liten sak som händer i kroppen, från synen, till matsmältningen, till allt annat sker med hjälp av proteiner. Galectin-3 är ett protein i människokroppen som binder till socker. Man tror att galectin-3 är inblandat i många sjukdomar, men är allra mest inblandad i cancerutveckling. Därför är det väldigt intressant att studera olika sätt att utveckla läkemedel som binder till detta protein. Med hjälp av olika tekniker kan man studera på mikroskopisk nivå hur det här proteinet ser ut och hur mycket den tycker om att reagera med olika möjliga syntetiska molekyler. Men när man studerar dessa olika molekyler är det viktigt att allting beter sig som man förväntar sig att det kommer att göra när det... (More)
Protein är livets arbetshästar. Nästan varje liten sak som händer i kroppen, från synen, till matsmältningen, till allt annat sker med hjälp av proteiner. Galectin-3 är ett protein i människokroppen som binder till socker. Man tror att galectin-3 är inblandat i många sjukdomar, men är allra mest inblandad i cancerutveckling. Därför är det väldigt intressant att studera olika sätt att utveckla läkemedel som binder till detta protein. Med hjälp av olika tekniker kan man studera på mikroskopisk nivå hur det här proteinet ser ut och hur mycket den tycker om att reagera med olika möjliga syntetiska molekyler. Men när man studerar dessa olika molekyler är det viktigt att allting beter sig som man förväntar sig att det kommer att göra när det sker på riktigt i människokroppen, men detta kan vara svårare än man tror. Mitt examensarbete har handlat om att undersöka om ett speciellt ämne dimetylsulfoxid, eller DMSO, har någon inverkan på själva resultatet av en typisk sådan här studie. DMSO hjälper till att få ämnen som vanligtvis inte kan lösa sig i vatten att göra det, vilket kan vara väldigt hjälpsamt när man vill undersöka nya konstiga molekyler. Enligt
nya rön har det visat sig att detta lösningsmedel kan påverka proteinet, vilket inte alls är bra! Men hur ska man undersöka något så litet som hur ett protein kläms ihop av en molekyl som är ännu mindre? När man studerar saker på mikroskopisk skala fungerar det sällan att försöka få fram bilder, utan man får istället försöka att få en uppfattning genom att studera andra saker. En av metoderna som jag använt heter ITC, där mäter man den oerhört lilla värme som släpps fri eller tas upp när man tillsätter en av delarna i en reaktion till den andra. Med hjälp av denna energi kan man uppskatta hur mycket proteinet vill binda sockermolekylen vilket är väldigt bra om man vill ta fram en ny molekyl. Den andra metoden jag använde heter NMR, som istället mäter magnetismen i molekylerna för att få reda på om dem. NMR fungerar som magnetröntgen ungefär, fast man försöker få en bild av små molekyler istället för insidan av människokroppen. Det häftiga med detta är att man kan undersöka händelser som händer över tid! Med detta kan man till exempel se hur ett protein ändrar på sig när det binder till en sockermolekyl, och vad som händer sen när sockret släpper igen. De här är metoder som kan användas för enormt många olika saker, och därför tycker jag det är viktigt att man vet vad det är man undersöker när man utför dem. I mitt projekt visade resultaten att det faktiskt fanns en effekt, mest relaterat till att lösningen blev mer trögflytande med DMSO i vilket gör det svårare för sockermolekylerna att ta sig fram igenom lösningen, lite som att försöka simma i en gröt! Detta är alltså något man måste ha i åtanke när man designar framtida läkemedel, som kan till exempel tillåta oss att bekämpa cancer utan skadlig kemoterapi. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Birgersson, Simon LU
supervisor
organization
alternative title
Effekten av DMSO som hjälplösningsmedel vid affinitetstudier
course
KFKM05 20182
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Galectins, Nuclear Magnetic Resonance, NMR, Biophysical Chemistry, Relaxation, CPMG, ITC, Biofysikalisk Kemi, Kärnmagnetisk resonans
language
English
id
8972869
date added to LUP
2019-04-11 14:21:58
date last changed
2019-04-11 14:21:58
@misc{8972869,
  abstract     = {{DMSO sees common application as a solvent for studies of synthetic molecules in biological systems, in fields such as drug design. Despite this, the possibility and nature of solvent interactions with both synthetic ligand and their target macromolecules is widely unexamined. DMSO could potentially have significant effect on binding characteristics due to conformational changes of protein structure. In this thesis, I have studied the effects of DMSO on the binding of a synthetic ligand to the carbohydrate recognition domain of galectin-3C using isothermal titration calorimetry (ITC) and NMR relaxation dispersion experiments. ITC reports on the thermodynamics of binding, whereas NMR relaxation dispersion reports on the kinetics of binding. ITC results displayed an increase in calculated KD from 5.588 μM to 13.02 μM with the addition of 10 % (v/v) DMSO, as well as an increase in free energy from −30.28 kJ/mol to −28.1665 kJ/mol. NMR relaxation dispersion studies showed that the chemical exchange rate of binding site residues decreased as well. Kinetic on- and off-rates were determined from the chemical exchange rate. Notably the on-rate was affected by DMSO ~10% more than the off-rate, indicating that the reduced binding affinity is primarily caused by a reduced frequency of protein-ligand encounters.}},
  author       = {{Birgersson, Simon}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{The Effect of Using DMSO as a Cosolvent for Ligand Binding Studies}},
  year         = {{2019}},
}