МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ДОКИНГ N-ЗАМЕЩЕННОГО ПРОИЗВОДНОГО ИЗОХИНОЛОНАС КАТАЛИТИЧЕСКИМ ДОМЕНОМ ПРОТЕИНКИНАЗЫ C


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Эндотелий, представляя собой паракринную железу, регулирует целый ряд жизненно важных функций организма. Нарушение его работы - эндотелиальная дисфункция - является ключевым звеном развития большинства сердечно-сосудистых заболеваний. Учитывая, что данная нозологическая группа патологий относится к наиболее социально-значимым заболеваниям, коррекция эндотелиальной дисфункции и поиск веществ, обладающих эндотелиопротекторной активностью, становится актуальной задачей не только фармакологии, но и смежных, взаимосвязанных с ней дисциплин, например медицинской химии. Значимым фактором в патогенезе развития эндотелиальной дисфункции является снижение активности фермента эндотелиальной NO-синтазы (eNOS). Одним из возможных механизмов снижения активности eNOS при патологии является её фосфорилирование протеинкиназой C (PKC). В связи с этим сайт связывания АТФ фермента PKC становится одним из перспективных объектов молекулярного докинга и может быть использован для поиска веществ, обладающих эндотелиопротекторной активностью. С использованием метода молекулярного докинга был осуществлен прогноз биологической активности для N-замещенного производного изохинолона. Полученные результаты дают возможность предположить наличие эндотелиопротекторной активности у данного соединения.

Полный текст

Введение Нарушение функции эндотелия является ключевым и основополагающим звеном в развитии многих сердечно-сосудистых осложнений, таких как ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь, атеросклероз и т.д. В связи с этим фармакологическая коррекция дисфункции эндотелия представляется, по своей сути, достаточно эффективной профилактикой такого рода осложнений, а поиск новых веществ с эндотелиопротекторным действием становится одной из перспективных задач медицинской химии [3, 10]. Стоит отметить, что большинство методов эндотелиопротекторной терапии направлено на повышение активности NO-синтазы (eNOS), которая вырабатывает оксид азота (NO), являющийся ключевым метаболитом, участвующим во многих биохимических процессах (регуляции тонуса сосудов, процессов воспаления, реологических параметров крови и др.). Одним из возможных механизмов снижения активности eNOS при патологии является её фосфорилирование протеинкиназой C (PKC). Исходя из этого, сайт связывания АТФ фермента PKC, непосредственно участвующий в фосфорилировании, становится одним из перспективных объектов молекулярного докинга и может быть использован для поиска веществ, обладающих эндотелиопротекторной активностью [1, 2, 5]. На этапе поиска химических структур веществ с эндотелиопротекторным дйствием важной задачей является определение трехмерной структуры белковой молекулы - мишени, роль которой в данном исследовании выполняет фермент протеинкиназа C. Пространственная структура данного фермента хорошо изучена. Каталитический участок протеинкиназы C содержит участок, ответственный за связывание молекулы АТФ (домен С3) [4] - одного из субстратов фермента. Конкурентное ингибирование связывания АТФ с данным участком может быть использовано для снижения активности PKC, а данные о трехмерной структуре домена C3 представляют интерес в качестве информации, необходимой для осуществления молекулярного докинга в процессе поиска потенциальных эндотелиопротекторных средств. Материалы и методы С использованием метода молекулярного докинга был произведен прогноз биологической активности для N-замещенного производного изохинолона, структура которого приведена на рисунке 1. Рисунок 1 - Структура исследуемого производного изохинолона В качестве мишени для молекулярного докинга была выбрана модель молекулы протеинкиназы-C-η [8] человеческого типа, полученная методом рентгеноструктурного анализа (рис. 2). Рисунок 2 - Трехмерная структура протеинкиназы C-η Молекулярный докинг осуществлялся в области сайта связывания АТФ в субъединице С3. К молекуле рецептора в соответствии с валентностями были добавлены атомы водорода только для полярных атомов. Частичные заряды на атомах были вычислены методом Гастейгера. Трехмерная модель молекулы лиганда была построена с помощью программы HyperChem 8.0. Оптимизация геометрии и вычисление частичных зарядов атомов осуществлялись с использованием полуэмпирического силового поля RM1 [7]. С использованием набора программ Autodock [6] (The Scripps Research Institute, США), MGLTools (The Scripps Research Institute, США), AutodockMaster (Пятигорский медико-фармацевтический институт, Россия), AD4Intermol (Пятигорский медико-фармацевтический институт, Россия) был осуществлен гибкий молекулярный докинг веществ обучающей и тестовой выборок, в которые вошли производные нафтиридина [9]. Для вычислений использовался кластер из 19 вычислительных машин, содержащих в сумме 40 вычислительных ядер. Для управления процессом распределенных вычислений использована программа AutodockMaster. Для каждого вещества было получено по 100 конформаций лиганд-рецепторного комплекса и вычислены скоринговые функции с использованием программы AD4Intermol. Для вычисления прогнозируемой величины IC50 использовалась скоринговая функция (F) в виде произведения модулей энергии взаимодействия лиганда с аминокислотами активного центра (E). При этом для расчета скоринговой функции применялись сочетания аминокислот, отвечающие наибольшему коэффициенту аппроксимации из всех возможных сочетаний аминокислот сайта связывания [9]. Скоринговая функция для протеинкиназы C-η: (1) IC50= 0,0256F-0,725 (2) Результаты и их обсуждение В результате проведения молекулярного докинга было получено 100 конформаций лиганд-рецепторного комплекса. Расположение молекулы исследуемого производного изохинолона в активном центре PKC показано на рисунке 3. Рисунок 3 - Расположение исследуемого производного изохинолона в сайте связывания АТФ PKC Результаты проведенного докинга показывают важность атома брома в ароматическом фрагменте молекулы лиганда для взаимодействия с гидрофобными аминокислотами Leu-486 и Val-436. Энергии связывания с данными аминокислотами были использованы для вычисления прогнозируемых величин IC50 (формулы 1 и 2). Результаты прогнозирования величины IC50приведены в таблице 1. Таблица 1 - Результаты прогнозирования величины IC50 для двух стереоизомеров соединения лидера Формула Прогноз IC50, нМ 120,9 67,2 Результаты анализа связывания двух стереоизомеров исследуемого вещества с активным центром PKCпозволяют предположить наличие эндотелиопротекторной активности у данного соединения. Выводы Результаты проведенного молекулярного докингаN-замещенного производного изохинолона свидетельствуют о наличии высокого сродства к сайту связывания АТФ PKC для данного вещества(прогнозируемое значение IC50< 100 нМ). Для подтверждения полученных результатов требуется проведение комплекса фармакологических исследований для новыхN-замещенных производных изохинолона.
×

Об авторах

А. А. Глушко

Пятигорский медико-фармацевтический институт-филиал ГБОУ ВПО Волг ГМУ Минздрава России, г. Пятигорск

Email: saha-omega@yandex.ru

А. В Воронков

Пятигорский медико-фармацевтический институт-филиал ГБОУ ВПО Волг ГМУ Минздрава России, г. Пятигорск

Email: prohor.77@mail.ru

И. П Кодониди

Пятигорский медико-фармацевтический институт-филиал ГБОУ ВПО Волг ГМУ Минздрава России, г. Пятигорск

Email: kodonidiip@mail.ru

А. В Бичеров

Научно-исследовательский институт физической и органической химии Южного федерального университета г. Ростов-на-Дону

Email: avbicherov@yandex.ru

М. В Черников

Пятигорский медико-фармацевтический институт-филиал ГБОУ ВПО Волг ГМУ Минздрава России, г. Пятигорск

Email: pharmax@list.ru

Список литературы

  1. Fleming I., Busse R. Signal transduction of eNOS activation // Cardiovasc. Res. 1999. V. 43. P. 532 - 541.
  2. Freeley M., Kelleher D., Long A. Regulation of protein kinase C function by phosphorylation on conserved and non-conserved sites // Cell Signal. 2011. V. 23. P. 753 - 762.
  3. Pathogenetic role of eNOS uncoupling in cardiopulmonary disorders. Gielis J.F. et al. // Free Radical Biol. Med. 2011. V. 50. P. 765 - 776.
  4. Kheifets V., Mochly-Rosen D. Insight into intra- and inter-molecular interactions of PKC: Design of specific modulators of kinase function // Pharm. Res. 2007. V. 55. P. 467 - 476.
  5. Kolluru G.K., Siamwala J.H., Chatterjee S. eNOS phosphorylation in health and disease // Biochimie. 2010. V. 92. P. 1186 - 1198.
  6. Automated Docking Using a Lamarckian Genetic Algorithm and Empirical Binding Free Energy Function. Morris G. M. et al. // J. Computational Chemistry. 1998. N. 19. P. 1639 - 1662.
  7. RM1: a Reparameterization of AM1 for H, C, N, O, P, S, F, Cl, Br, and I. Rocha G.B. et al. // Journal of Computational Chemistry. 2006. V. 27. P. 1101 - 1111.
  8. 2,6-Naphthyridines as potent and selective inhibitors of the novel protein kinase C isozymes. Van Eis M.J. et al. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2011. V. 21. P. 7367 - 7372.
  9. Воронков А.В., Глушко А.А. Новая математическая модель для прогнозирования эндотелиопротекторной активности веществ на основе молекулярного докинга // Вопр. биол., мед.и фарм. хим. 2013. Т. 3. С. 42 - 47.
  10. Эндотелиопротекторы - новый класс фармакологических препаратов. Тюренков И.Н. и соавт. Под ред. Дедова И.И. // Вестн. Рос.акад. мед. наук. 2013. Т. 7. С. 50 - 58.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Глушко А.А., Воронков А.В., Кодониди И.П., Бичеров А.В., Черников М.В., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 67428 от 13.10.2016.