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안드로그라폴라이드의 발견은 강력한 사이클로옥시게나제로서의 유사체를 발견했습니다.
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안드로그라폴라이드의 발견은 강력한 사이클로옥시게나제로서의 유사체를 발견했습니다.

Dec 13, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8147(2023) 이 기사 인용

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시클로옥시게나제-2(COX-2)는 아라키돈산을 염증 유발 특성을 나타내는 프로스타글란딘으로 전환시키는 핵심 효소이므로 항염증 약물을 개발하는 잠재적인 표적 단백질입니다. 이 연구에서는 아스피린과 로페콕시브(대조군)보다 더 나은 약리학적 특성을 갖는 COX-2 억제제로서 새로운 강력한 안드로그라폴라이드(AGP) 유사체를 찾기 위해 화학 및 생물정보학 접근법이 사용되었습니다. 전체 아미노산 서열 분석된 인간 알파 폴드(AF) COX-2 단백질(604AA)을 선택하고 보고된 COX-2 단백질 구조(PDB ID: 5F19, 5KIR, 5F1A, 5IKQ 및 1V0X)에 대한 정확성을 검증했습니다. 서열 보존을 확립하기 위한 서열 정렬 분석. AF-COX-2 단백질에 대한 237개 AGP 유사체의 체계적인 가상 스크리닝을 통해 결합 에너지 점수(< - 8.0 kcal/mol)를 기준으로 22개의 선도 화합물이 생성되었습니다. 이들은 분자 도킹 분석을 통해 7개의 유사체로 추가로 선별되었으며 ADMET 예측, 리간드 효율 측정 계산, 양자 역학 분석, MD 시뮬레이션, 정전기 전위 에너지(EPE) 도킹 시뮬레이션 및 MM/GBSA에 대해 추가로 조사되었습니다. 심층 분석 결과 AGP 유사체 A3(3-[2-[(1R,4aR,5R,6R,8aR)-6-하이드록시-5,6,8a-트리메틸-2-메틸리덴-3,4,4a, 5,7,8-헥사하이드로-1H-나프탈렌-1-일]에틸리덴]-4-하이드록시옥솔란-2-온)은 AF-COX-2와 가장 안정적인 복합체를 형성하여 최소 RMSD 값(0.37 ± 0.03 nm)을 나타냅니다. , 많은 수의 수소 결합(단백질-리간드 H-결합 = 11 및 단백질 H-결합 = 525), 최소 EPE 점수(-53.81kcal/mol) 및 시뮬레이션 전후의 가장 낮은 MM-GBSA(-55.37 및 − 다른 유사체 및 대조군과 비교하여 각각 56.25 kcal/mol) 값. 따라서, 우리는 확인된 A3 AGP 유사체가 COX-2를 억제함으로써 유망한 식물 기반 항염증 약물로 개발될 수 있음을 제안합니다.

시클로옥시게나제(COX 또는 프로스타글란딘 G/H 신타제)는 아라키돈산에서 프로스타글란딘(PG), 트롬복산, 프로스타실린과 같은 생물학적 매개체 생성에 중요한 역할을 합니다. COX 효소는 두 가지 동종형으로 존재합니다: (i) COX-1 동종효소는 구성적으로 활성이며 주로 혈소판 응집 및 위산도 조절과 같은 항상성 기능에 관여합니다. (ii) 대조적으로, COX-2 이성질체 형태는 염증, 통증, 발열과 같은 병리학적 상태 동안 유발합니다1,2,3. 항염증제 및 진통제를 개발하기 위해 COX-2는 실행 가능하고 구체적인 표적이며 지난 수십 년 동안 다양한 COX-2 억제 약물이 개발되었습니다4. COX-2는 (i) 표피 성장 인자(EGF) 도메인(34~72 아미노산), ​​(ii) 막 결합 도메인(73~116 아미노산) 및 세 가지 주요 도메인을 포함하는 604개 아미노산 서열 길이로 구성됩니다. (iii) COX 및 퍼옥시다제 활성 부위를 함유하는 촉매 도메인[UniProt-P35354]. COX와 퍼옥시다제 활성 부위는 공간적으로는 구별되지만 기능적으로는 연결되어 있습니다5. Tyr371과 Ser516에 근접한 부분은 COX-2 활성 부위에 중요한 촉매 아미노산입니다6. COX-2의 509 위치에 있는 발린 잔기는 활성 부위에서 소수성(HYD) 포켓을 형성하고 효소의 선택적 유도 및 그에 따른 염증 반응에 중요한 역할을 합니다7,8.

COX-2는 두 단계로 반응을 촉매합니다. (i) 첫 번째 단계는 아라키도네이트가 단백질 코어의 HYD 채널에서 발생하는 PG-G2로 전환되는 COX 반응이고, (ii) 두 번째 단계는 다음과 같습니다. PG-G2가 PG-H2(프로스타사이클린의 중요한 전구체이며 염증 중에 발현됨)로 환원되는 퍼옥시다제 반응은 단백질 표면 근처에 위치한 헴 함유 활성 부위에서 발생합니다9. 비스테로이드성 항염증제(NSAID), 특히 콕시브와 아스피린은 COX-2 활성 부위의 Ser-516 잔기와 공유 상호작용을 통해 PG 합성을 억제하여 염증을 감소시킵니다10,11. 이들 약물은 안전하고 효과적이지만 위장 독성을 유발할 수 있어 매우 민감한 환자에게는 사용이 제한되었습니다. celecoxib 및 rofecoxib(coxibs)를 포함한 선택적 COX-2 억제제를 설계하면 통증 완화 및 항염증 특성을 제공하고 비선택적 NSAID로 인해 경험되는 위장 불편을 예방하기 위해 COX-1 대신 COX-2를 억제합니다12,13,14 . Rofecoxib는 카르복실산이 없고(따라서 위장관 자극이 적음) 중심 헤테로고리 고리에 연결된 두 개의 큰 방향족 고리가 존재하기 때문에 선택성이 매우 높은 NSAID입니다. 선택성과 효능, 높은 약물 비용, 잠재적인 심혈관 부작용, 허혈성 뇌졸중 위험 증가 외에도 COX-2 억제제 사용은 논란의 여지가 있습니다16,17,18. 따라서, 바람직하게는 천연 유래의 부작용이 최소화되거나 전혀 없는 COX-2에 대한 치료제에 대한 긴급한 요구가 있습니다19.

 A7 (5.51 eV) = A5 (5.51 eV) > aspirin (5.43 eV) > AGP (5.26 eV) > A4 (5.21 eV) > A2 (5.15 eV) > A3 (5.05 eV) > A1 (5.03 eV) > rofecoxib (4.24 eV). Based on the HLG value, both A1 and A3 show the most chemical reactivity, whereas A6 is the least reactive and most stable./p> AGP (48.97) > A3 (48.31) > A6 (-47.84) > A4 (− 46.65) > A2 (− 46.53) > A1(− 45.97) > A5 (− 43.98) > rofecoxib (−43.51) > aspirin (− 41.70) (Fig. 4). As the negative value of EPE favors the stronger H-bond formation76,77, the AGP and its A1–A7 hit analogs showed better potential towards stronger H-bond interaction compared to the aspirin and rofecoxib./p> green > yellow > orange > red (most -ve)./p> A5 (2.44) > A3 (2.27) > A6 (2.22) > Rofecoxib (2.21) > A7 (2.19) > A2 (2.18) > A1 (2.11) > AGP (2.06) > aspirin (2.06) > protein (2.05) which signifies that analogs A3–A6 have the better accessibility for the solvent than the other complexes as well as native protein (Supplementary Table S8)./p> 279.12 nm2) (Supplementary Table S9). Amongst all the hit analogs and AGP, A3 exhibited the highest SASA value = 284.59 nm2. Conclusively, the A3 analog forms a relatively stable complex with AF-COX-2 protein after the interaction. Further, solvent–Accessible surface volume (Vsas), the volume enclosed by the center of a solvent probe rolling around the protein, was also calculated for all the studied ligands which signifies the stability of the complex system83. Typically, it measures the effect of forces on the protein surfaces exerted by solvents followed by the protein-solvent interactions. Also, Vsas is an alternative to refine the SASA term, in order to include the influence of the solvents’ effect on the protein's interior and also define the interaction between the protein and solvent84. It is an accurate and fast application to examine geometric volumes of the proteins. In addition, it can be used to calculate the volume that changes due to the interaction of protein–ligand complex with solvent85. Vsas along with SASA provides a better acquiescence of implicit and explicit nonpolar solvent forces on the protein and its effect on the protein folding86. As shown in Fig. 6d and Supplementary Table S9, AGP, A3, A4, and A5 analog complex showed a greater value of Vsas compared to all controls, while the highest value was observed for the A3 analog complex (119.24 nm\s3\n). These results indicate that the A3 analog forms the most stable complex with AF-COX-2 protein compared to all other analogs and controls. Furthermore, the SAS density, which is inversely proportional to the SASA, was determined to calculate the neighborhood density of burial HYD amino acids within the protein core that leads to protein folding87. The neighborhood density calculates the precise molecular and atomic quantities with coordinates for protein surface area accessible for solvent. It not only measures the hydrophobic effect of the amino acids density but also captures the electrostatic effect of the solvent on the protein folding and stability88. As demonstrated in Fig. 6e and Supplementary Table S9, the A3 analog possessed the least value of SAS density indicating better protein folding compared to other hit analogs and all controls after interaction with AF-COX-2 protein. All three solvent accessible surface analysis (area, volume, and density) together provide more emphasis on the MD simulation analysis related to the analogs’ complex stability in terms of protein folding and revealed more stability of analog A3 than the other studied compounds including the reference molecules. Overall, from MD simulation analysis, it can be inferred that A3 analog exhibit better protein stability than the other hit analogs, AGP, native protein, aspirin, and rofecoxib./p> A1 > A5 > Rofecoxib > A2 > A4 > A6 > A7 > AGP > aspirin. Further, it was observed that all the hit AGP analogs along with the AGP exhibited a more negative value of free energy compared to aspirin, whereas analogs A3, A1, and A5 showed the binding affinity better than Rofecoxib, aspirin, AGP, and other analogs. Moreover, analog A3, A1 and A5 complex with protein were observed to be more stable after the simulation analysis and also implies that the analog A3 showed the better binding towards the COX-2 protein as compared to the reference compounds and other studied analogs. The MM/GBSA results also corroborated the findings of docking, MD simulation, and DFT analysis, and establish that the A3 analog would be a promising compound to inhibit the AF-COX-2 activity and can be used as a promising natural anti-inflammatory drug./p>

3.0.CO;2-U" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-0282%2819991005%2950%3A4%3C373%3A%3AAID-BIP3%3E3.0.CO%3B2-U" aria-label="Article reference 88" data-doi="10.1002/(SICI)1097-0282(19991005)50:43.0.CO;2-U"Article CAS PubMed Google Scholar /p>