Setelah diperoleh informasi bahwa kompleks MMP9-CC27 dikategorikan stabil, maka dapat dieksplorasi apakah mengacu dengan pada Liu dkk. kompleks catalytic domain MMP9-asam kafeat juga dikategorikan stabil. Guna menjalankan simulasi ini, dibuat folder baru “cac_15ns” di folder “D:\tmp_PD2021_mmp9\”. Folder
“D:\tmp_PD2021_mmp9\cac_15ns” ini menjadi working directory pada simulasi di subbab 3.3 ini. Berkas input untuk simulasi dinamika molekul untuk eksplorasi hal ini tidak dapat diperoleh dari basis data publik seperti halnya simulasi pada subbab 3.2. Simulasi penambatan molekul asam kafeat ke kantung ikatan catalytic domain MMP9 dengan bantuan justifikasi pakar perlu dilakukan terlebih dahulu. Inspeksi visual
untuk mendapat sentuhan pakar pada dalam penambatan molekul ini cukup tricky, terutama untuk mendapat hasil penambatan dengan gugus karboksilat dari asam kafeat memungkinkan memiliki ikatan ionik atau kovalen koordinasi dengan Zn. Hasil preparasi berkas input 4h3x-cac.sce diunggah ke https://github.com/enade-istyastono/secangkirkopi untuk digunakan lebih lanjut.
Berkas input 4h3x-cac.sce perlu disiapkan berkas macro untuk menjalankan simulasi dinamika molekul seperti yang dipaparkan di subbab 3.2. Berkas macro md_run_mmp9-10b.mcr dikopi dari
“D:\tmp_PD2021_mmp9\10b_15ns” dan diubah namanya menjadi md_run_mmp9-cac.mcr. Kustomisasi pertama dilakukan dengan mengubah baris ke-1 untuk identifikasi berkas input yang berbeda.
Kustomisasi berikutnya pada baris 181 dan 182. Pada baris ke-181, angka 2530 digantikan oleh 2514, yaitu nomor urutan atom dari atom O gugus karboksilat dari asam kafeat yang terdekat dengan Zn.
Pada baris ke-181 pula ditambah kata kunci “Len” dengan pengaturan pada nilai “3.5”. Hal ini dimaksudkan untuk memberikan restraint pada jarak 3,5 Å dengan atom Zn. Penambahan ini dirasa perlu karena pada penambatan molekul didapati pose terbaik dengan jarak terdekat dengan atom Zn adalah 4,867 Å. Jika tidak diberi pengaturan dengan kata kunci “Len”, maka restraint dilakukan pada nilai 4,867 Å. Pada CC27 ada dua atom berikatan dengan Zn sehingga ada baris ke-182, sedangkan pada asam kafeat probabilitas tinggi hanya pada satu atom O dari gugus karboksilat, maka baris ke-2 di sini digantikan tagar “#”.
Hal ini supaya baris tersebut diabaikan tapi tidak mengubah urutan baris pada berkas macro sehingga mudah dibandingkan. Berkas macro md_run_mmp9-cac.mcr yang siap digunakan untuk menjalankan simulasi dinamika molekul disampaikan sebagai Boks 5 pada Lampiran.
Saat dicoba menjalankan lagi berkas macro md_run_mmp9-cac.mcr saat penulisan buku ini, didapati galat karena teridentifikasi lonjakan energi di sekitar atom-atom yang di-restraint pada ns ke-0 (berkas 4h3x-cac00000.sim). Meskipun demikian, juga dihasilkan berkas-berkas lain selain 4h3x-cac00000.sim, yaitu: 4h3x-cac.pka dan cac_water.sce. Hasil inspeksi visual pada berkas 4h3x-cac_water.sce menunjukkan bahwa ada perubahan urutan nomor atom dibandingkan dengan 4h3x-cac.sce. Hal ini diduga berdampak pada
galat karena interpretasi keliru dari YASARA-Structure tentang pengelolaan restraint pada simulasi ini. Solusinya adalah menghapus berkas 4h3x-cac00000.sim di working directory dan membuat versi ke-2 dari md_run_mmp9-cac.mcr yang diberi nama md_run_mmp9-cac-v2.mcr (Boks 6 pada Lampiran). Berkas macro ini akan menjadikan berkas 4h3x-cac_water.sce sebagai input. Berkas 4h3x-cac_water.sce diunggah ke repositori https://github.com/enade-istyastono/secangkirkopi. Simulasi dinamika molekul dilanjutkan dengan menjalankan berkas macro md_run_mmp9-cac-v2.mcr pada YASARA-Structure dan berjalan lancar.
Gambar 3.5. Kantung ikatan catalytic domain MMP9 dengan ligan asam kafeat pada snapshot simulasi dinamika molekul di ns ke-15 (atau ns ke-10 di production run). Warna dan mode atom-atom yang ditampilkan di sini sama dengan warna
dan mode pada Gambar 3.5. Ikatan elektrostatik antara asam kafeat dan Zn ditunjukkan dengan garis kuning putus-putus.
Simulasi dinamika molekul ini dilakukan dengan waktu 100 ns seperti subbab 3.2 dan juga dilakukan analisis seperti pada subbab 3.2.
Nilai RMSD atom-atom backbone pada 5 ns terakhir dari 10 ns production run pertama adalah 0,491 Å dan ligan asam kafeat tidak meninggalkan kantung ikatan (Gambar 3.5). Oleh karena itu, dapat diambil kesimpulan bahwa kompleks MMP9-asam kafeat dikategorikan stabil dan dapat dianalisis lebih lanjut. Gambar 3.5 dibuat dengan cara
yang sama dengan gambar 3.4. Berkas Gambar3.5.pml disediakan sebagai Boks 7 di Lampiran. Berkas mmp9-cac-ns15.pdb hasil simulasi dan juga input untuk Gambar3.5.pml diunggah di https://github.com/enade-istyastono/secangkirkopi. Satu catatan khusus pada Gambar 3.5 ini adalah kompetisi antara asam kafeat dan Glu227. Gambar 3.4 pada subbab 3.2 sudah nampak bahwa ligan CC27 menghalangi Glu227 untuk berikatan dengan Zn. Kali ini, pada Gambar 3.5, nampak bahwa GLu227 lebih dekat dengan Zn dan membentuk ikatan metal-ion (< 2,8 Å), sementara asam kafeat berada sedikit lebih jauh pada 3,8 Å. Angka 3,8 ini sedikit lebih jauh dari pengelolaan restraint (3,5 Å).
Gambar 3.6. Grafik waktu (ns) vs RMSD (Å) atom-atom backbone MMP9 catalytic domain pada 10-15 ns perbandingan antara simulasi dinamika molekul MMP9 dengan
CC27 (oranye), asam kafeat (abu-abu), dan tanpa ligan (biru).
Ligan asam kafeat pada simulasi ini berkompetisi dengan Glu227 namun hasil simulasi dinamika molekul menunjukkan bahwa kompleks protein-ligan ini dikategorikan stabil. Saya pun penasaran dengan simulasi dinamika molekul tanpa ligan, apakah juga sudah stabil. Maka dilakukan simulasi dinamika molekul dengan mengulangi simulasi pada subbab 3.2 dengan ligan kokristal dihapuskan dari sistem.
Simulasi ini dilakukan hanya 15 ns (5 ns equilibrium run dan 10 ns production run) dan diperoleh nilai RMSD atom-atom backbone pada
5 ns terakhir dari 10 ns production run pertama adalah 0,417 Å. Hal ini mengindikasikan bahwa MMP9 catalytic domain tanpa ligan juga stabil. Hal ini pula secara kualitatif sulit disimpulkan bahwa CC27 maupun asam kafeat menstabilkan MMP9 catalytic domain (Gambar 3.6), karena MMP9 catalytic domain tanpa ligan juga sudah stabil.
Rangkuman Bab 3
Pada penelitian saya terkait diabetes diawali dengan pemilihan target penemuan obat. Dipilih MMP9 catalytic domain sebagai target penemuan obat untuk membantu penyembuhan luka pada pasien diabetes. Dilakukan simulasi dinamika molekul untuk mendapatkan inspirasi dari interaksi MMP9 dan ligannya sekaligus menyiapkan target virtual untuk penapisan. Hasil simulasi dinamika molekul menunjukkan bahwa MMP9 catalytic domain stabil baik tanpa ligan maupun dengan ligan. Ligan yang diselidiki dan dipaparkan di Bab 3 ini adalah CC27 dan asam kafeat.