МOLECULAR DOCKING OF N-SUBSTITUTED DERIVATIVE OF ISOQUINOLONE WITH CATALYC DOMAIN OF PROTEIN KINASE C
- Authors: Gloushko A.A1, Voronkov A.V1, Kodonidi I.P1, Bicherov A.B1, Chernikov M.B1
-
Affiliations:
- Issue: Vol 2, No 1 (2014)
- Pages: 3-7
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/2307-9266/article/view/111215
- ID: 111215
Cite item
Full Text
Abstract
Keywords
Full Text
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.About the authors
A. A Gloushko
Email: saha-omega@yandex.ru
A. V Voronkov
Email: prohor.77@mail.ru
I. P Kodonidi
Email: kodonidiip@mail.ru
A. B Bicherov
Email: avbicherov@yandex.ru
M. B Chernikov
Email: pharmax@list.ru
References
- Fleming I., Busse R. Signal transduction of eNOS activation // Cardiovasc. Res. 1999. V. 43. P. 532 - 541.
- 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.
- Pathogenetic role of eNOS uncoupling in cardiopulmonary disorders. Gielis J.F. et al. // Free Radical Biol. Med. 2011. V. 50. P. 765 - 776.
- 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.
- Kolluru G.K., Siamwala J.H., Chatterjee S. eNOS phosphorylation in health and disease // Biochimie. 2010. V. 92. P. 1186 - 1198.
- 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.
- 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.
- ,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.
- 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.
- 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.