Thesis (M.Sc.) -Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 66-74.

Triple-negative breast cancer (TNBC), accounting for 15–20% of breast cancer cases, is notable for its aggressive behavior and limited treatment options due to the absence of hormone receptors. Recent studies have shown that ferroptosis and cellular stress are related to triple-negative breast cancer (TNBC). Two proteins—glucose-regulated protein 78 (GRP78), a stress-response chaperone, and glutathione peroxidase 4 (GPX4), a chief inhibitor of ferroptosis—have been shown to interact in a manner that stabilizes GPX4 and shields cancer cells from ferroptotic death. To define this interaction at the molecular level, we combined structural bioinformatics, molecular dynamics (MD) simulations, and MM/GBSA free‐energy calculations to probe the binding between GRP78 and mitochondrial GPX4 (mGPX4). The cyclic peptide Pep42, known for selectively targeting cell‐surface GRP78, served as a reference ligand. Sequence alignments identified four cyclic mGPX4 segments—R1 (C7–C16), R2 (C16–C29), R3 (C7–C29), and R7 (C93–C102)—with sequence identities to Pep42 of 30.00%, 30.77%, 38.46%, and 42.86%, respectively. All four regions also displayed high hydrophobicity (GRAVY scores between 1.2 and 1.5), closely matching Pep42’s 1.1 index. The dynamics of the cyclic peptides were examined, and their interaction with GRP78 was predicted. Protein-protein docking is further performed to explore the binding characteristics of the mGPX4 envelope to GRP78, producing favorable binding energies of –54.1 ± 2.6 kcal/mol for R1, –72.0 ± 5.4 kcal/mol for R2, –55.5 ± 3.0 kcal/mol for R3, and –68.3 ± 4.6 kcal/mol for R7. Follow-up molecular dynamics simulations with MM/GBSA analysis confirmed that the Complex 2 (mGPX4-R2/GRP78) displayed the highest affinity (–86.39 kcal/mol), while the Complex 4 (mGPX4-R7/GRP78) formed an especially compact and stable interface. Together, these data pinpoint complex 2 and complex 7 as the main GRP78‐binding regions on mGPX4 and identify them as attractive targets for therapies designed to modulate ferroptosis or to stabilize GPX4

سرطان الثدي الثلاثي السلبية، الذي يشكّل ما نسبته 15–20% من حالات سرطان الثدي، يتميز بسلوكه العدواني وقلة خياراته العلاجية نتيجة غياب المستقبلات الهرمونية. وقد أظهرت دراسات حديثة أن هناك ارتباطاً بين الموت الخلوي الحديدي والإجهاد الخلوي من جهة، وسرطان الثدي الثلاثي السلبية من جهة أخرى. وقد تبيّن أن بروتينين رئيسيين، هما البروتين المنظَّم بالگلوكوز 78 (GRP78)، وهو مرافق جزيئي يستجيب للإجهاد الخلوي، والجلوتاثيون بيروكسيديز 4 (GPX4)، وهو المثبّط الأساسي لللموت الخلوي الحديدي ، يتفاعلان بطريقة تؤدي إلى تثبيت GPX4 وحماية الخلايا السرطانية من الموت الخلوي الحديدي.
ولتحديد هذا التفاعل على المستوى الجزيئي، جُمعت بين أدوات المعلوماتية الحيوية البنيوية، ومحاكاة الديناميكيات الجزيئية، وحسابات طاقة الارتباط الحرة باستخدام منهجية MM/GBSA لدراسة الارتباط بين GRP78 وGPX4 الميتوكوندر (mGPX4) . وقد استُخدم الببتيد الحلقي Pep42، المعروف بقدرته على الارتباط الانتقائي بـ GRP78 على سطح الخلية، كجزيء مرجعي للمقارنة. ومن خلال محاذاة التسلسلات، جرى تحديد أربعة مقاطع حلقية في mGPX4 هي: R1) من الحمض الأميني 7 إلى 16)، R2)من 16 إلى 29(، R3 (من 7 إلى 29)، وR7 (من 93 إلى 102)، حيث بلغت نسبة التماثل مع Pep42 على التوالي 30.00%، 30.77%، 38.46%، و42.86%. كما أظهرت جميع هذه المقاطع درجة عالية من الكارهية للماء (بقيم GRAVY بين 1.2 و1.5)، وهي قريبة من قيمة Pep42 البالغة 1.1.
جرت دراسة ديناميكيات هذه الببتيدات الحلقية، وتوقّع تفاعلها مع .GRP78 كما أُجري التحام بروتيني إضافي لاستكشاف خصائص ارتباط الغلاف البروتيني لـ mGPX4 بـ GRP78، حيث أظهرت النتائج طاقات ارتباط ملائمة بلغت –54.1 ± 2.6 كيلوكالوري/مول لـ R1، و–72.0 ± 5.4 كيلوكالوري/مول لـ R2، و–55.5 ± 3.0 كيلوكالوري/مول لـ R3، و–68.3 ± 4.6 كيلوكالوري/مول لـ .R7 وأكدت محاكاة الديناميكيات الجزيئية اللاحقة مع تحليل MM/GBSA أن المركب 2 (mGPX4-R2/GRP78) أظهر أعلى ألفة ارتباط (–86.39 كيلوكالوري/مول)، في حين كوّن المركب 4 (mGPX4-R7/GRP78) واجهة شديدة التماسك والثبات.
وبالمجمل، تُظهر هذه النتائج أن المركبين 2 و7 يمثلان مناطق الارتباط الرئيسة لـ GRP78 على mGPX4، مما يجعلهما أهدافاً واعدة للتدخلات العلاجية المصمَّمة إما لتعديل الموت الخلوي الحديدي أو لتثبيت .GPX4

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.