Protein-protein interactions are vital for a wide range of biological processes. The interactions between the hypoxia-inducible factor and von Hippel Lindau (VHL) are attractive drug targets for ischemic heart disease. In order to disrupt this interaction, the strategy to target VHL binding site using a hydroxyproline-like (pro-like) small molecule has been reported. In this study, we focused on the inhibition mechanism between the pro-like inhibitors and the VHL protein, which were investigated via molecular dynamics simulations and binding free energy calculations. It was found that pro-like inhibitors showed a strong binding affinity toward VHL. Binding free energy calculations and free energy decompositions suggested that the modification of various regions of pro-like inhibitors may provide useful information for future drug design.

[1]
R. V.
Jensen
,
M. V.
Hjortbak
, and
H. E.
Botker
,
Semin. Nucl. Med.
50
,
195
(
2020
).
[2]
E. J.
Benjamin
,
M. J.
Blaha
,
S. E.
Chiuve
,
M.
Cushman
,
S. R.
Das
,
R.
Deo
,
S. D.
de Ferranti
,
J.
Floyd
,
M.
Fornage
,
C.
Gillespie
,
C. R.
Isasi
,
M. C.
Jimenez
,
L. C.
Jordan
,
S. E.
Judd
,
D.
Lackland
,
J. H.
Lichtman
,
L.
Lisabeth
,
S. M.
Liu
,
C. T.
Longenecker
,
R. H.
Mackey
,
K.
Matsushita
,
D.
Mozaffarian
,
M. E.
Mussolino
,
K.
Nasir
,
R. W.
Neumar
,
L.
Palaniappan
,
D. K.
Pandey
,
R. R.
Thiagarajan
,
M. J.
Reeves
,
M.
Ritchey
,
C. J.
Rodriguez
,
G. A.
Roth
,
W. D.
Rosamond
,
C.
Sasson
,
A.
Towfighi
,
C. W.
Tsao
,
M. B.
Turner
,
S. S.
Virani
,
J. H.
Voeks
,
J. Z.
Willey
,
J. T.
Wilkins
,
J. H. Y.
Wu
,
H. M.
Alger
,
S. S.
Wong
,
P.
Muntner
,
C. Amer Heart Assoc Stat, and S. Stroke Stat, Circulation
135
,
E146
(
2017
).
[3]
A. E.
Moran
,
M. H.
Forouzanfar
,
G. A.
Roth
,
G. A.
Mensah
,
M.
Ezzati
,
A.
Flaxman
,
C. J. L.
Murray
, and
M.
Naghavi
,
Circulation
129
,
1493
(
2014
).
[4]
C.
Collet
,
D.
Capodanno
,
Y.
Onuma
,
A.
Banning
,
G. W.
Stone
,
D. P.
Taggart
,
J.
Sabik
, and
P. W.
Serruys
,
Nat. Rev. Cardiol.
15
,
321
(
2018
).
[5]
D. A.
Elson
,
G.
Thurston
,
L. E.
Huang
,
D. G.
Ginzinger
,
D. M.
McDonald
,
R. S.
Johnson
, and
J. M.
Arbeit
,
Genes Dev.
15
,
2520
(
2001
).
[6]
M. C.
Brahimi-Horn
and
J.
Pouyssegur
,
Biochem. Pharmacol.
73
,
450
(
2007
).
[7]
G. L.
Wang
,
B. H.
Jiang
,
E. A.
Rue
, and
G. L.
Semenza
,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA
92
,
5510
(
1995
).
[8]
P. H.
Maxwell
and
P. J.
Ratcliffe
,
Semin. Cell Dev. Biol.
13
,
29
(
2002
).
[9]
C. E.
Dann
,
R. K.
Bruick
, and
J.
Deisenhofer
,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA
99
,
15351
(
2002
).
[10]
E.
Muchnik
and
J.
Kaplan
,
Expert Opin. Investig. Drugs
20
,
645
(
2011
).
[11]
S. M.
Lanigan
and
J. J.
O’Connor
,
Neuropharmacology
148
,
117
(
2019
).
[12]
M.
Sugahara
,
T.
Tanaka
, and
M.
Nangaku
,
Kidney Int.
92
,
7
(
2017
).
[13]
D. L.
Buckley
,
I.
Van Molle
,
P. C.
Gareiss
,
H. S.
Tae
,
J.
Michel
,
D. J.
Noblin
,
W. L.
Jorgensen
,
A.
Ciulli
, and
C. M.
Crews
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
4465
(
2012
).
[14]
D. L.
Buckley
,
J. L.
Gustafson
,
I.
Van Molle
,
A. G.
Roth
,
H. S.
Tae
,
P. C.
Gareiss
,
W. L.
Jorgensen
,
A.
Ciulli
, and
C. M.
Crews
,
Angew. Chem. Int. Edit.
51
,
11463
(
2012
).
[15]
X. F.
Wang
,
D.
Ni
,
Y. Q.
Liu
, and
S. Y.
Lu
,
Front. Chem.
9
,
682675
(
2021
).
[16]
Y.
Mou
,
S.
Wen
,
Y. X.
Li
,
X. X.
Gao
,
X.
Zhang
, and
Z. Y.
Jiang
,
Eur. J. Med. Chem.
202
,
112532
(
2020
).
[17]
B. M.
Linhares
,
J.
Grembecka
, and
T.
Cierpicki
,
Future Med. Chem.
12
,
1305
(
2020
).
[18]
A.
Ganeshpurkar
,
R.
Swetha
,
D.
Kumar
,
G. P.
Gangaram
,
R.
Singh
,
G.
Gutti
,
S.
Jana
,
D.
Kumar
,
A.
Kumar
, and
S. K.
Singh
,
Curr. Top. Med. Chem.
19
,
501
(
2019
).
[19]
A. F.
Voter
, and
J. L.
Keck
,
Protein-Protein Interactions in Human Disease, Patr B
,
San Diego
:
Elsevier Academic Press Inc
.,
197
(
2018
).
[20]
X.
Ran
and
J. E.
Gestwicki
,
Curr. Opin. Chem. Biol.
44
,
75
(
2018
).
[21]
A. M.
Hartman
and
A. K. H.
Hirsch
,
Eur. J. Med. Chem.
136
,
573
(
2017
).
[22]
P. G.
Dougherty
,
Z. Q.
Qian
, and
D. H.
Pei
,
Biochem. J.
474
,
1109
(
2017
).
[23]
L. G.
Ferreira
,
G.
Oliva
, and
A. D.
Andricopulo
,
Expert. Opin. Drug Discov.
11
,
957
(
2016
).
[24]
M.
Shi
and
D.
Xu
,
Front. Chem.
7
,
237
(
2019
).
[25]
J.
Li
,
M.
Post
,
R.
Volk
,
Y.
Gao
,
M.
Li
,
C.
Metais
,
K.
Sato
,
J.
Tsai
,
W.
Aird
,
R. D.
Rosenberg
,
T. G.
Hampton
,
J. Y.
Li
,
F.
Sellke
,
P.
Carmeliet
, and
M.
Simons
,
Nat. Med.
6
,
49
(
2000
).
[26]
D. R.
Ahn
,
S. Y.
Kim
,
M. J.
Lee
, and
E. G.
Yang
,
Bioorg. Med. Chem. Lett.
19
,
4403
(
2009
).
[27]
X.
Lucas
,
I.
Van Molle
, and
A.
Ciulli
,
J. Med. Chem.
61
,
7387
(
2018
).
[28]
A.
Testa
,
X.
Lucas
,
G. V.
Castro
,
K. H.
Chan
,
J. E.
Wright
,
A. C.
Runcie
,
M. S.
Gadd
,
W. T. A.
Harrison
,
E. J.
Ko
,
D.
Fletcher
, and
A.
Ciulli
,
J. Am. Chem. Soc.
140
,
9299
(
2018
).
[29]
P.
Soares
,
X.
Lucas
, and
A.
Ciulli
,
Bioorg. Med. Chem.
26
,
2992
(
2018
).
[30]
P.
Soares
,
M. S.
Gadd
,
J.
Frost
,
C.
Galdeano
,
L.
Ellis
,
O.
Epemolu
,
S.
Rocha
,
K. D.
Read
, and
A.
Ciulli
,
J. Med. Chem.
61
,
599
(
2018
).
[31]
C.
Galdeano
,
M. S.
Gadd
,
P.
Soares
,
S.
Scaffidi
,
I.
Van Molle
,
I.
Birced
,
S.
Hewitt
,
D. M.
Dias
, and
A.
Ciulli
,
J. Med. Chem.
57
,
8657
(
2014
).
[32]
D. M.
Dias
,
I.
Van Molle
,
M. G. J.
Baud
,
C.
Galdeano
,
C.
Geraldes
, and
A.
Ciulli
,
ACS Med. Chem. Lett.
5
,
23
(
2014
).
[33]
I.
Van Molle
,
A.
Thomann
,
D. L.
Buckley
,
E. C.
So
,
S.
Lang
,
C. M.
Crews
, and
A.
Ciulli
,
Chem. Biol.
19
,
1300
(
2012
).
[34]
T.
Pereira
,
X. W.
Zheng
,
J. L.
Ruas
,
K.
Tanimoto
, and
L.
Poellinger
,
J. Biol. Chem.
278
,
6816
(
2003
).
[35]
H. M.
Berman
,
J.
Westbrook
,
Z.
Feng
,
G.
Gilliland
,
T. N.
Bhat
,
H.
Weissig
,
I. N.
Shindyalov
, and
P. E.
Bourne
,
Nucleic Acids Res.
28
,
235
(
2000
).
[36]
M.
Biasini
,
S.
Bienert
,
A.
Waterhouse
,
K.
Arnold
,
G.
Studer
,
T.
Schmidt
,
F.
Kiefer
,
T. G.
Cassarino
,
M.
Bertoni
,
L.
Bordoli
, and
T.
Schwede
,
Nucleic Acids Res.
42
,
W252
(
2014
).
[37]
A.
Waterhouse
,
M.
Bertoni
,
S.
Bienert
,
G.
Studer
,
G.
Tauriello
,
R.
Gumienny
,
F. T.
Heer
,
T. A. P.
de Beer
,
C.
Rempfer
,
L.
Bordoli
,
R.
Lepore
, and
T.
Schwede
,
Nucleic Acids Res.
46
,
W296
(
2018
).
[38]
J. M.
Wang
,
R. M.
Wolf
,
J. W.
Caldwell
,
P. A.
Kollman
, and
D. A.
Case
,
J. Comput. Chem.
25
,
1157
(
2004
).
[39]
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
M.
Caricato
,
X.
Li
,
H. P.
Hratchian
,
A. F.
Izmaylov
,
J.
Bloino
,
G.
Zheng
,
J. L.
Sonnenberg
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
J. A.
Montgomery
, Jr.
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
N.
Rega
,
J. M.
Millam
,
M.
Klene
,
J. E.
Knox
,
J. B.
Cross
,
V.
Bakken
,
C.
Adamo
,
J.
Jaramillo
,
R.
Gomperts
,
R. E.
Stratmann
,
O.
Yazyev
,
A. J.
Austin
,
R.
Cammi
,
C.
Pomelli
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
V. G.
Zakrzewski
,
G. A.
Voth
,
P.
Salvador
,
J. J.
Dannenberg
,
S.
Dapprich
,
A. D.
Daniels
,
Ö.
Farkas
,
J. B.
Foresman
,
J. V.
Ortiz
,
J.
Cioslowski
, and
D. J.
Fox
,
Gaussian 09
,
Wallingford CT
:
Gaussian Inc
., (
2009
).
[40]
C. T.
Lee
,
W. T.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
[41]
A. D.
Becke
,
Phys. Rev. A
38
,
3098
(
1988
).
[42]
M. E. G.
Moral
,
C. K.
Tu
,
N. G. J.
Richards
, and
D. N.
Silverman
,
Anal. Biochem.
418
,
73
(
2011
).
[43]
J. M.
Wang
,
W.
Wang
,
P. A.
Kollman
, and
D. A.
Case
,
J. Mol. Graph.
25
,
247
(
2006
).
[44]
J. A.
Maier
,
C.
Martinez
,
K.
Kasavajhala
,
L.
Wickstrom
,
K. E.
Hauser
, and
C.
Simmerling
,
J. Chem. Theory Comput.
11
,
3696
(
2015
).
[45]
W. L.
Jorgensen
,
J.
Chandrasekhar
,
J. D.
Madura
,
R. W.
Impey
, and
M. L.
Klein
,
J. Chem. Phys.
79
,
926
(
1983
).
[46]
T.
Darden
,
D.
York
, and
L.
Pedersen
,
J. Chem. Phys.
98
,
10089
(
1993
).
[47]
J. P.
Ryckaert
,
G.
Ciccotti
, and
H. J. C.
Berendsen
,
J. Comput. Phys.
23
,
327
(
1977
).
[48]
T. A. D. D. A.
Case
,
T. E.
Cheatham
, III,
C. L.
Simmerling
,
J.
Wang
,
R. E.
Duke
,
R.
Luo
,
R. C.
Walker
,
W.
Zhang
,
K. M.
Merz
,
B.
Roberts
,
S.
Hayik
,
A.
Roitberg
,
G.
Seabra
,
J.
Swails
,
A. W.
Götz
,
I.
Kolossváry
,
K. F.
Wong
,
F.
Paesani
,
J.
Vanicek
,
R. M.
Wolf
,
J.
Liu
,
X.
Wu
,
S. R.
Brozell
,
T.
Steinbrecher
,
H.
Gohlke
,
Q.
Cai
,
X.
Ye
,
J.
Wang
,
M. J.
Hsieh
,
G.
Cui
,
D. R.
Roe
,
D. H.
Mathews
,
M. G.
Seetin
,
R.
Salomon-Ferrer
,
C.
Sagui
,
V.
Babin
,
T.
Luchko
,
S.
Gusarov
,
A.
Kovalenko
, and
P. A.
Kollman
,
AMBER12
,
San Francisco
:
University of California
, (
2012
).
[49]
J.
Srinivasan
,
T. E.
Cheatham
,
P.
Cieplak
,
P. A.
Kollman
, and
D. A.
Case
,
J. Am. Chem. Soc.
120
,
9401
(
1998
).
[50]
P. A.
Kollman
,
I.
Massova
,
C.
Reyes
,
B.
Kuhn
,
S. H.
Huo
,
L.
Chong
,
M.
Lee
,
T.
Lee
,
Y.
Duan
,
W.
Wang
,
O.
Donini
,
P.
Cieplak
,
J.
Srinivasan
,
D. A.
Case
, and
T. E.
Cheatham
,
Accounts Chem. Res.
33
,
889
(
2000
).
[51]
T. J.
Hou
,
J. M.
Wang
,
Y. Y.
Li
, and
W.
Wang
,
J. Comput. Chem.
32
,
866
(
2011
).
[52]
C. Y.
Yang
,
H. Y.
Sun
,
J. Y.
Chen
,
Z.
Nikolovska-Coleska
, and
S. M.
Wang
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
13709
(
2009
).
[53]
A.
Onufriev
,
D.
Bashford
, and
D. A.
Case
,
J. Phys. Chem. B
104
,
3712
(
2000
).
[54]
M. F.
Sanner
,
A. J.
Olson
, and
J. C.
Spehner
,
Biopolymers
38
,
305
(
1996
).
[55]
D. A.
Case
,
Curr. Opin. Struct. Biol.
4
,
285
(
1994
).
[56]
W. C.
Hon
,
M. I.
Wilson
,
K.
Harlos
,
T. D. W.
Claridge
,
C. J.
Schofield
,
C. W.
Pugh
,
P. H.
Maxwell
,
P. J.
Ratcliffe
,
D. I.
Stuart
, and
E. Y.
Jones
,
Nature
417
,
975
(
2002
).
[57]
M.
Shi
,
M.
Zhao
,
L.
Wang
,
K.
Liu
,
P.
Li
,
J.
Liu
,
X.
Cai
,
L.
Chen
, and
D.
Xu
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
23
,
13216
(
2021
).
[58]
M.
Shi
,
L.
Wang
,
P.
Li
,
J.
Liu
,
L.
Chen
, and
D.
Xu
,
ACS Omega
6
,
11025
(
2021
).
[59]
J. H.
Min
,
H. F.
Yang
,
M.
Ivan
,
F.
Gertler
,
W. G.
Kaelin
, and
N. P.
Pavletich
,
Science
296
,
1886
(
2002
).
[60]
D. P.
Bondeson
,
A.
Mares
,
I. E. D.
Smith
,
E.
Ko
,
S.
Campos
,
A. H.
Miah
,
K. E.
Mulholland
,
N.
Routly
,
D. L.
Buckley
,
J. L.
Gustafson
,
N.
Zinn
,
P.
Grandi
,
S.
Shimamura
,
G.
Bergamini
,
M.
Faelth-Savitski
,
M.
Bantscheff
,
C.
Cox
,
D. A.
Gordon
,
R. R.
Willard
,
J. J.
Flanagan
,
L. N.
Casillas
,
B. J.
Votta
,
W.
den Besten
,
K.
Famm
,
L.
Kruidenier
,
P. S.
Carter
,
J. D.
Harling
,
I.
Churcher
, and
C. M.
Crews
,
Nat. Chem. Biol.
11
,
611
(
2015
).
[61]
M.
Zengerle
,
K. H.
Chan
, and
A.
Ciulli
,
ACS Chem. Biol.
10
,
1770
(
2015
).
[62]
J.
Frost
,
C.
Galdeano
,
P.
Soares
,
M. S.
Gadd
,
K. M.
Grzes
,
L.
Ellis
,
O.
Epemolu
,
S.
Shimamura
,
M.
Bantscheff
,
P.
Grandi
,
K. D.
Read
,
D. A.
Cantrell
,
S.
Rocha
, and
A.
Ciulli
,
Nat. Commun.
7
,
13312
(
2016
).
[63]
K.
Liu
,
D.
Li
,
W.
Zheng
,
M.
Shi
,
Y.
Chen
,
M.
Tang
,
T.
Yang
,
M.
Zhao
,
D.
Deng
,
C.
Zhang
,
J.
Liu
,
X.
Yuan
,
Z.
Yang
, and
L.
Chen
,
J. Med. Chem.
64
,
8951
(
2021
).
[64]
M. S.
Shi
,
C. C.
Zhang
,
Y. N.
Xie
, and
D. G.
Xu
,
Theor. Chem. Acc.
133
,
155612
(
2014
).
[65]
J. Y.
Zhan
,
J.
Ma
, and
Q. C.
Zheng
,
J. Mol. Graph.
89
,
242
(
2019
).
[66]
L. J.
Yang
,
Q.
Liu
,
W. B.
Yuan
, and
S. Y.
Yang
,
Acta Phys. Chim. Sin.
29
,
423
(
2013
).
[67]
P. S.
Dragovich
,
T. H.
Pillow
,
R. A.
Blake
,
J. D.
Sadowsky
,
E.
Adaligil
,
P.
Adhikari
,
J. H.
Chen
,
N.
Corr
,
J. Dela
Cruz-Chuh
,
G.
Del Rosario
,
A.
Fullerton
,
S. J.
Hartman
,
F.
Jiang
,
S.
Kaufman
,
T.
Kleinheinz
,
K. R.
Kozak
,
L. L.
Liu
,
Y.
Lu
,
M. M.
Mulvihill
,
J. M.
Murray
,
A.
O’Donohue
,
R. K.
Rowntree
,
W. S.
Sawyer
,
L. R.
Staben
,
J.
Wai
,
J.
Wang
,
B. Q.
Wei
,
W. T.
Wei
,
Z. J.
Xu
,
H.
Yao
,
S. F.
Yu
,
D. L.
Zhang
,
H. Y.
Zhang
,
S. H.
Zhang
,
Y. X.
Zhao
,
H.
Zhou
, and
X. Y.
Zhu
,
J. Med. Chem.
64
,
2576
(
2021
).
[68]
C. W.
Chung
,
H.
Dai
,
E.
Fernandez
,
C. P.
Tinworth
,
I.
Churcher
,
J.
Cryan
,
J.
Denyer
,
J. D.
Harling
,
A.
Konopacka
,
M. A.
Queisser
,
C. J.
Tame
,
G.
Watt
,
F.
Jiang
,
D. M.
Qian
, and
A. B.
Benowitz
,
ACS Chem. Biol.
15
,
2316
(
2020
).
[69]
R. P.
Law
,
J.
Nunes
,
C. W.
Chung
,
M.
Bantscheff
,
K.
Buda
,
H.
Dai
,
J. P.
Evans
,
A.
Flinders
,
D.
Klimaszewska
,
A. J.
Lewis
,
M.
Muelbaier
,
P.
ScottStevens
,
P.
Stacey
,
C. J.
Tame
,
G. F.
Watt
,
N.
Zinn
,
M. A.
Queisser
,
J. D.
Harling
, and
A. B.
Benowitz
,
Angew. Chem. Int. Ed.
60
,
23327
(
2021
).
[70]
A.
Testa
,
S. J.
Hughes
,
X.
Lucas
,
J. E.
Wright
, and
A.
Ciulli
,
Angew. Chem. Int. Ed.
59
,
1727
(
2020
).
This content is only available via PDF.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.