ABSTRACT Protein-protein interactions are important targets for various drug discovery campaigns. One such promising and therapeutically pertinent protein-protein complex is Pf AMA1- Pf RON2 involved in malarial parasite invasion into human red blood cells. A thorough understanding of the interactions between these macromolecular binding partners is crucial for designing better therapeutics against this age-old disease. Although crystal structures of several Pf AMA1- Pf RON2 complexes are available, the mechanism of how domain II loop associates with Pf RON2 is not clear. The current work investigates how the domain II loop of Pf AMA1 exerts its effect on the alpha helix of the Pf RON2, thus influencing the overall kinetics of this intricate recognition phenomenon. To this end, we have computationally simulated the dynamics and free energetics of domain II loop closing processes and identified a set of key amino acid residues of Pf RON2 helix which are essential for binding. The subsequent evaluation of the binding affinity of Ala-substituted Pf RON2 peptide ligands by surface plasmon resonance (SPR) and isothermal titration calorimetry (ITC) validates the relative importance of the residues in context. Together, the combination of computational and experimental investigation reveals that the domain II loop of Pf AMA1 is in fact responsible for arresting the Pf RON2 molecule from egress, K2027 and D2028 of Pf RON2 being the determinant residues for the capturing event. Our study provides a comprehensive understanding of the molecular recognition event between Pf AMA1 and Pf RON2, specifically in the post binding stage, which could potentially open up new avenues to drug discovery against malaria. TOC GRAPHIC

Abstract Inhibition of tight junction formation between two malaria parasite proteins, apical membrane antigen 1 and rhoptry neck protein 2, crucial for red blood cell invasion, prevents the disease progression. In this work, we have utilized a unique approach to design a chimeric peptide, prepared by fusion of the best features of two peptide inhibitors, that has displayed parasite growth inhibition, in-vitro , with nanomolar IC 50 , which is hundredfold better than any of its parent peptides. Further, to gain structural insights, we computationally modeled the hybrid peptide on its receptor.

Abstract Restricting the conformational freedom of a peptide by backbone cyclization and incorporation of an additional disulfide bond leads to a unique cyclic peptide that inhibits the invasion of red blood cells by malaria parasites efficiently. The engineered peptide exhibits twenty fold enhanced affinity towards its receptor ( Pf AMA1) compared to the native peptide ligand ( Pf RON2).

Abstract The recognition of carbohydrates by lectins play key roles in diverse cellular processes such as cellular adhesion, proliferation and apoptosis which makes it a promising therapeutic target against cancers. One of the most functionally active lectins, galectin-3 is distinctively known for its specific binding affinity towards β -galactoside. Despite the prevalence of high-resolution crystallographic structures, the mechanistic basis and the molecular determinants of the sugar recognition process by galectin-3 are currently elusive. Here we address this question by capturing the complete dynamical binding process of human galectin-3 with its native ligand N-acetyllactosamine (LacNAc) and one of its synthetic derivatives by unbiased Molecular Dynamics simulation. In our simulations, both the natural ligand LacNAc and its synthetic derivative, initially solvated in water, diffuse around the protein and eventually recognise the designated binding site at the S-side of galectin-3, in crystallographic precision and identifies key metastable intermediate ligand-states around the galectin on their course to eventual binding. The simulations highlight that the origin of the experimentally observed multi-fold efficacy of synthetically designed ligand-derivative over its native natural ligand LacNAc lies in the derivative’s relatively longer residence time in the bound pocket. A kinetic analysis demonstrates that the LacNAc-derivative would be more resilient compared to the parent ligand against unbinding from the protein binding site. In particular, the analysis identifies that interactions of the binding pocket residues Trp181, Arg144 and Arg162 with the tetrafuorophenyl ring of the derivative as the key determinant for the synthetic ligand to latch into the pocket. Graphical Abstract