Потенциальные ингибиторы топоизомеразы-1 среди некоторых производных 7,8-бензо-5,6-дигидро(4 h)селенохромена Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ISSN 1998-4812

Вестник Башкирского университета. 2013. Т. 18. №4

1023

УДК 544.165

ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ИНГИБИТОРЫ ТОПОИЗОМЕРАЗЫ-1 СРЕДИ НЕКОТОРЫХ ПРОИЗВОДНЫХ 7,8-БЕНЗО-5,6-ДИГИДРО(4Н)СЕЛЕНОХРОМЕНА

© В. Р. Хайруллина, А. Я. Герчиков*, А. Р. Ишмухаметова

Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

E-mail: [email protected]

Методом молекулярного докинга изучена комплементарность (2,4-дифенил- и 2-п-хлорфенил-4-фенил-7,8-бензо-5,6-дигидро(4Н)селенохроменов с активным центром топоизо-меразы-1. Оба соединения показали высокую вероятность связывания с этим ферментом. Они могут рассматриваться в качестве потенциальных противоопухолевых лекарственных средств для химиотерапии.

Ключевые слова:

топоизомеразы-1.

молекулярный докинг, противоопухолевая активность, ингибиторы

Введение

Топоизомераза I — это локализованный в ядре клетки фермент, функция которого заключается в катализе топологических изменений, протекающих с молекулой ДНК в процессах репликации и транскрипции [1—3]. Его повышенная активность наблюдается в опухолевых клетках, вследствие их высокой скорости роста и развития [3—5]. Поиск биологически активных веществ, способных ингибиро-вать активность топоизомеразы-1, а, следовательно, замедлить процессы репликации и транскрипции опухолевых клеток, является важной практической задачей медицинской химии, направленной на разработку эффективных лекарств.

Целью настоящей работы был виртуальный скрининг производных селенохромена 1-11 (рис. 1) для исследования их комплементарности с активным центром топоизомеразы-1. Актуальность выбора объектов исследования обусловлена тем, что данные производные селенохромена обладают выраженной антиокислительной активностью в различных модельных системах [6—7]. Кроме того, соединение I обнаружило умеренную антибактериальную активность, а также антитоксическую активность по отношению к сульфату кадмия [8].

R?

I: R1 = H, R2 = Н; II: R1 = Cl, R2 = Н

Рис. 1. Структурные формулы исследуемых веществ.

Методика эксперимента

Структуры всех лигандов были построены и оптимизированы методом молекулярной механики при наложении силового поля ММРР94 в программе МатпБке!^ версии 5.3.6 [9]. Подготовку структур лигандов и макромолекулы проводили в

программе AutoDockTools [10]. Первоначально все молекулы воды были удалены из структуры белка. Файлы рецептора и лигандов были конвертированы в формат PDBQT-файла с добавлением недостающих атомов водорода и парциальных атомных зарядов, рассчитанных по методу Гастайгера [11].

Молекулярный докинг производных селенохромена проводили в программе Autodock 4.2 [12] в молекулу-мишень, представляющую собой модельную макромолекулу топоизомеразы-1 человека [13]. В процедуре докинга структуру молекулы белка принимали жесткой, в то время как молекулы лигандов были подвижными. Для поиска наиболее оптимальных положений лигандов в активном центре использовали Ламарковский генетический алгоритм [14] с параметрами по умолчанию, за исключением угла вращения вокруг ординарных связей и вращательного движения молекул, которые были равны 30°. Оценку качества позиционирования характеризовали величиной RMSD, представляющей собой среднеквадратичное отклонение положения лиганда после докинга от его нативного положения в белке. При этом результат докинга кластеризовали на основе величины RMSD = 2.0 А. Оценка эффективности связывания лигандов с белком проводилась по полуэмпирической оценочной функции AutoDock 4.2 при наложении силового поля AMBER [10].

Корректность использования программы AutoDock 4.2 подтверждается успешным докировани-ем в тот же активный центр структуры 4-этил-4-дигидрокси-1,12-дигидро-4Н-2-окса, 12а-диазади-бензо[Ь,А]фтор-3,13-диона (камптотецин), известного в медицинской практике как противоопухолевый препарат.

Результаты и их обсуждение

Лиганды I-II, а также камптотецин были позиционированы в активный центр топоизомеразы-1 с помощью программы AutoDock 4.2. Как видно из рис. 2, структуры исследуемых соединений, а также камптотецин при позиционировании в активном центре топоизомеразы-1 образуют единый кластер.

Установлено, что определяющую роль при ориентации лигандов в активном центре топоизомера-зы-1 играет наличие полярной области, образован-

* автор, ответственный за переписку

1024

БИОЛОГИЯ

ной ASN 722, ТЖ 718, DA 113, ARG 364, DC 112, 5'-тио-деокси-гуанозин фосфониевой кислотой TGP 11 и 2'-деоксигуанозин-5'-монофосфатом DT 10. В пользу данного заключения свидетельствует тот факт, что наиболее эффективно с активным центром макромолекулы 1Т8! связываются лиганды с элек-троноакцепторными фрагментами, такими как атом хлора, карбонильная и гидроксильные группы. При этом ароматические кольца всех этих биологически активных веществ (БАВ), по-видимому, могут участвовать в п-п- и Т-стэкинговых взаимодействиях с TGP 11 и DT 10 (см. табл.).

Рис. 2. Результаты докинга камптотецина и соединений I и II в активный центр фермента топоизомераза-1; структуры лигандов изображены в виде стержневой модели. Черным цветом изображена молекула кампотецина, темно-серым - II, светло-серым - I.

Таким образом, на основании результатов молекулярного докинга можно заключить, что БАВ I и II можно рассматривать как потенциальные ингибиторы топоизомеразы-1. Эти соединения перспективны для дальнейших доклинических испытаний в качестве потенциальных лекарственных средств с выраженной противоопухолевой активностью. Детальное исследование природы этого явления является целью дальнейших наших исследований.

9.

10. 11.

12.

13.

14.

15.

ЛИТЕРАТУРА

Pedersen Ja. M., Fredsoe Ja., Roedgaard M., Andreasen L., Mundbjerg K., Kruhoffer M., Brinch M., Schierup M. H., Bjergbaek L., Andersen A. H. DNA topoisomerases maintain promoters in a State Competent for Transcriptional Activation in Saccharomyces cerevisiae // PLOS Genetics. 2012. V.8. №12. С. 1-15. Шифр статьи в электронной версии журнала на сайте http://www.plosgenetics.org: e1003128. Lippert M. J., Kim N., Cho Ja.-E., Larson R. P., Schoenly N. E., O'Shea Sh. H., Jinks-Robertson S. Role for topoisomerase 1 in transcription-associated mutagenesis in yeast // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2011. V.108. №2. С. 698-703. Aguilera A. The connection between transcription and genom-ic instability // EMBO Journal. 2002. V.21. С. 195-201. Aguilera A., Gómez-González B. Genome instability: A mechanistic view of its causes and consequences // Nature Reviews Genetics. 2008. V.9. С. 204-217. Lehner K., Jinks-Robertson S. The mismatch repair system promotes DNA polymerase Z-dependent translesion synthesis in yeast // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2009. V.106. С. 5749-5754. Хайруллина В. Р., Герчиков А. Я., Гарифуллина Г. Г., Древко Я. Б., Федотова О. В. Антиокислительные свойства 2,4-дифенил-7,8-бензо-5,6-дигидро(4Н)селенохромена и 2-пара-хлорфенил-4-фенил-7,8-бензо-5,6-дигидро(4ы)селенохромена // Кинетика и катализ. 2010. Т.51. №1. С. 43-46. Хайруллина В. Р., Герчиков А. Я., Ильина Е. А., Древко Я. Б., Исаева А. Ю., Древко Б. И. Антиокислительная активность некоторых производных 7,8-бензо-5,6-дигидро(4Я)селенохромена // Кинетика и катализ, 2013. Т. 54. №1. С. 16-19. Мольченкова А. Н. Клинико-биохимические и экспериментальные исследования биологической активности се-ленорганических соединений: автореферат дис. канд. мед. наук. Саратов, 2011. 26 с. http://www.chemaxon.com. http://autodock.scripps.edu.

Gasteiger J. Handbook of Chemoinformatics: From Data to Knowledge in 4 Volumes. V.1. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003. 490 c. http://autodock.scripps.edu. http://www.rcsb.org.

Morris G. M., Goodsell D. S., Halliday R. S., Huey R., Hart W. E., Belew R. K., Olson A. J. Automated Docking Using a Lamarckian Genetic Algorithm and an Empirical Binding Free Energy Function // Journal of Computational Chemistry. 1998. V.19. №14. С. 1639-1662.

Staker B. L., Feese M. D., Cushman M., Pommier Y., Zem-bower D., Stewart L., Burgin A. B. Structures of three classes of anticancer agents bound to the human topoisomerase I-DNA covalent complex // Journal of Medicinal Chemistry. 2005. V.48. С. 2336-2345.

Результаты докинга соединений I—II в активный центр топоизомеразы-1

Таблица

Структура соединения Свободная энергия связывания, ккал/моль* КшЬ, нмоль/л Число в кластере, всего 20 решений Сайты макромолекулы, участвующие в образовании водородных связей Сайты макромолекулы, участвующие в образовании п-п и Т-стэкинговых взаимодействий

6.

7.

I -9.60 100 8 - DT 10, TGP 11

II -10.10 40 12 - DT 10, TGP 11

Камптотецин -10.23 32 20 ASP533 DT 10, TGP 11

Поступила в редакцию 09.11.2013 г.