Análisis de CoMFA, CoMSIA, HQSAR y Acoplamiento Molecular de Derivados de Calcona basados en Iononas como Actividad Antiprostática del Cáncer | Jiotower

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las calconas basadas en β-ionona 1-15, las calconas basadas en α-ionona 16-22 y las calconas basadas en 4-hidroxi-β-ionona 23-43 mostraron una citotoxicidad considerable en la línea celular LNCaP como actividad antiproestatal (Tabla 1). El compuesto 25 era el más potente; 5, 11, 34, 39 y 40 fueron moderados y 9, 17, 21 y 30 fueron compuestos de calcona basados en iononas menos activos en comparación con el análogo original 25 que tiene un grupo de extracción de electrones en la posición meta. En el desplazamiento de-CF3 de la posición meta a la posición para (6, 18 y 26) o eliminación de –CF3 con –NO2(11, 21 y 40),- F (9 y 30), el grupo de donación de electrones-CH3(14, 22 y 38) debilitó sustancialmente la citotoxicidad en las células cancerosas de próstata en comparación con el compuesto 25.

Utilizando la serie de derivados de calconas a base de iononas que poseen actividad antiprostática del cáncer, se derivaron modelos 3D-QSAR. Los modelos CoMFA y CoMSIA se desarrollaron utilizando un esquema de alineación basado en subestructuras común. Durante los análisis 3D-QSAR, seleccionamos 10 compuestos como conjunto de pruebas para la validación del modelo(1, 12, 13, 15, 16, 20, 27, 33, 39 y 43) y que permanecían en el conjunto de entrenamiento se seleccionaron por el método de diversidad de tal manera que se agregaron la diversidad estructural y la amplia gama de actividad biológica en el conjunto de datos. Las estructuras de los compuestos utilizados en el conjunto de entrenamiento y prueba se muestran en la Tabla 1.

Los resultados de los análisis estadísticos PLS para los enfoques de alineación se resumen en la Tabla 2. El modelo estadístico CoMFA utilizando campos de contribución estéricos y electrostáticos fue de 30,1% y 69,9% respectivamente, dio un coeficiente de correlación validada cruzada (q2) de 0,527, un coeficiente de correlación no validada cruzada (r2) de 0,636, un valor F de 34,902, una estimación de error estándar bajo (SEE) de 0,236 con un número óptimo de componentes 2 y un Pred r2 de 0,621. Las actividades previstas para los inhibidores, junto con las actividades experimentales y los valores residuales, se enumeran en la Tabla 3. El gráfico de dispersión para los valores reales de pIC50 frente a los valores previstos de pIC50 para los equipos de entrenamiento y prueba se muestra en la fig. 2a. Las actividades previstas por el modelo CoMFA concuerdan con los datos experimentales. El análisis de PLS y las actividades previstas sugieren que se desarrolló un modelo confiable de CoMFA.

CUADRO 3

VALOR PREDICHO Y RESIDUAL DEL MODELO DE RELACIÓN COMFA, COMSIA Y HQSAR

En el análisis de CoMSIA, se calcularon campos hidrofóbicos, donantes de enlaces de hidrógeno y aceptadores de enlaces de hidrógeno, además de campos estéricos y electrostáticos. Se empleó una combinación de varios campos para obtener el resultado óptimo. Utilizando compuestos del conjunto de entrenamiento y una combinación de campos aceptadores estéricos, electrostáticos y de enlace de hidrógeno; un modelo con coeficiente de correlación validada cruzada (q2) de 0,550, coeficiente de correlación no validada cruzada (r2) de 0,671, valor F de 26,581, estimación de error estándar bajo (VÉASE) de 0.se obtuvo 257 con un componente optimizado de 2 y Pred r2 de 0,563. Las contribuciones de campo de los campos estérico, hidrofóbico electrostático, donante de enlaces de hidrógeno y receptor de enlaces de hidrógeno fueron de 0,036, 0,437, 0,090, 0,296 y 0,141, respectivamente.

Los parámetros estadísticos se resumen en la Tabla 2. Las actividades previstas y experimentales para los inhibidores con sus residuos se enumeran en la Tabla 3 y el gráfico de dispersión para los valores reales de pIC50 frente a los valores previstos de pIC50 para los equipos de entrenamiento y prueba se muestra en la fig. 2b. Las actividades previstas están de acuerdo con los datos experimentales, lo que indica que se desarrolló un modelo fiable de CoMSIA.

Se generaron mapas de contornos de coeficientes 3D para visualizar los resultados de los modelos 3D-QSAR. Los resultados de CoMFA y CoMSIA fueron interpretados gráficamente por los mapas de contribución de campo utilizando el tipo de campo STDEV*COEFF. Los mapas de contorno de CoMFA (estérico y electrostático) y CoMSIA (estérico, electrostático, hidrofóbico, donante de enlace de hidrógeno y campos aceptadores) se muestran en las figs. higo.33 y and4, 4, respectivamente. El compuesto 25 fue etiquetado y mostrado en el mapa para facilitar la visualización.

Mapas de contorno para el modelo CoMFA.

Mapas de contorno del compuesto 25 para el modelo CoMFA (a) estérico y (b) electrostático.

Mapas de contorno para el modelo CoMSIA.

Mapas de contorno del compuesto 25 para el modelo CoMSIA (a) estérico, (b) electrostático, (c) hidrofóbico, (d) donante de hidrógeno y (e) mapas de contorno del aceptador de hidrógeno para el compuesto 25.

En la fig. 3a, el mapa de contorno del campo estérico del modelo CoMFA, un poliedro de contorno verde grande ubicado alrededor del grupo hidroxilo, sugirió que los grupos adecuadamente voluminosos tenían interacciones estéricas favorables. Esta puede ser la razón por la que los compuestos con sustituyente-CF3(5, 7, 25, 28, 32 y 34) en la región R3 mostró una potente actividad antiprostática del cáncer que las moléculas con y sin sustituyentes en esta posición particular R3. Dos contornos de color amarillo indicaban que los grupos voluminosos eran desfavorables en esta dirección, ya que podría ocurrir un choque estérico. Un pequeño contorno verde al lado del anillo era consistente con el ligero aumento de la actividad.

El mapa de contorno electrostático del modelo CoMFA se puede ver claramente en la fig. 3b. Los contornos azules indican que los sustituyentes electropositivos aumentarían la actividad del antagonista AR con la proteína, mientras que el color rojo indica que deberían ser los grupos ricos en electrones disminuidos. Dado que los contornos rojos se encontraron cerca del grupo hidroxi del compuesto 25, que es una funcionalidad rica en electrones y, por lo tanto, exhibe una alta actividad de cáncer antproestatal de AR.

Los contornos estéricos y electrostáticos del modelo CoMSIA fueron similares a los contornos CoMFA fig. 4. Sin embargo, en el campo estérico había un color verde y el color azul es favorecido, mientras que el amarillo y el rojo son menos favorecidos cerca del grupo funcional. El color amarillo debajo del anillo fenilo muestra la necesidad de sustituyentes menos voluminosos, mientras que cerca del anillo cíclico el color verde es el preferido para sustituyentes voluminosos (fig. 4a). Para el color azul electrostático cerca del anillo fenilo, se muestra que se requiere un grupo de donación de electrones en esa posición. Este mapa de contorno era similar al modelo CoMFA. En cuanto al campo electrostático, los poliedros azules y rojos principales fueron similares a los del modelo CoMFA (fig. 4b).

En la interacción hidrofóbica, el color amarillo muestra que el anillo fenilo es activo y contribuye a la lipofilicidad, mientras que el anillo cíclico casi insaturado de color blanco es desfavorable a la lipofilicidad (fig. 4c). En el análisis de interacción del donante de enlace de hidrógeno, los colores cian y púrpura muestran una naturaleza favorable y desfavorable con respecto a la actividad biológica cercana al anillo cíclico insaturado (fig. 4d). En el estudio de interacción del receptor de enlace de hidrógeno, el color rojo desfavoreció al grupo receptor unido con anillo insaturado y contribuyó menos a la actividad biológica, mientras que el color magenta cerca del anillo cíclico insaturado favorece la actividad biológica fig. 4e.

HQSAR análisis fueron ejecutados por la detección de la 12 predeterminado serie de holograma valores de longitud que van desde 53-401 papeleras, inicialmente utilizando el tamaño de los fragmentos predeterminado (4-7) en distintos fragmentos como A/B/C, A/B/H, A/B/Ch, A/B/DA A/B/C/H, A/B/C/Ch, A/B/C/DA A/B/H/Ch, A/B/H/DA A/B/Ch/DA A/B/C/H/DA A/B/C/H/DA A/B/C/H/DA a/a y C/H/Ch/DA. Los patrones de recuento de fragmentos de los inhibidores del conjunto de entrenamiento se relacionaron con la actividad biológica experimental utilizando el análisis PLS. El mejor parámetro estadístico se obtuvo de los análisis de PLS con A / B / C. La influencia del tamaño de los fragmentos es de fundamental importancia en la generación de modelos HQSAR, ya que este parámetro controla la longitud mínima y máxima de los fragmentos a codificar en la huella dactilar del holograma.

El modelo estadístico HQSAR generado utilizando tamaño de fragmento predeterminado (4-7) con fragmento distinto (A/B/C) dio un coeficiente de correlación validada cruzada (q2) de 0,670, un coeficiente de correlación no validada cruzada (r2) de 0,746, una estimación de error estándar bajo (SEE) de 0,203 con un componente optimizado de 4, y se obtuvo un Pred r2 de 0,732 (Tabla 4). Por lo tanto, el modelo HQSAR obtenido aquí era confiable. Los valores predictivos y residuales del pIC50 de los datos basados en el modelo HQSAR se enumeran en la Tabla 3. El gráfico de dispersión para los valores reales de pIC50 frente a los valores previstos de pIC50 para los equipos de entrenamiento y prueba se muestra en la fig. 5.

Gráfico de correlación de HQSAR.

Correlación entre las actividades experimentales y previstas del modelo HQSAR. ♦ – Set de entrenamiento, ▪ – set de prueba.

CUADRO 4

RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS DE LA RELACIÓN DE ACTIVIDAD DE LA ESTRUCTURA CUANTITATIVA DE HOLOGRAMAS EN LOS PARÁMETROS ESTADÍSTICOS CLAVE UTILIZANDO EL TAMAÑO DE FRAGMENTO PREDETERMINADO

HQSAR proporciona gráficamente información sobre las contribuciones atómicas o de fragmentos a las actividades en diferentes colores. Los colores en el extremo verde (amarillo, verde-azul y verde) reflejan una contribución positiva, los colores en el extremo rojo del espectro (rojo, rojo-naranja y naranja) reflejan una contribución negativa y las contribuciones neutras se colorean en blanco. Los fragmentos moleculares más activos del compuesto 25, el compuesto antiprostático más potente del conjunto de datos, se muestran en la fig. 6. De acuerdo con los mapas de contribución, los fragmentos moleculares correspondientes al anillo insaturado están fuertemente relacionados con la afinidad biológica en C1, C2 y C6 (coloreados en verde y amarillo).

Mapa de contorno del cuartel general del complejo 25.

Las regiones que contribuyen negativamente a la actividad biológica incluyen el grupo metilo unido al anillo fenilo en R3, y también encontraron que los grupos que donan electrones reducen la actividad y podrían ser reemplazados por sustituyentes que retiran electrones con diferentes características estructurales y fisicoquímicas con el objetivo de aumentar la afinidad y potencia de los compuestos estudiados en este trabajo.

Los poderes predictivos de los modelos CoMFA y CoMSIA fueron validados por el conjunto de pruebas externas de 14 compuestos. Los valores previstos de pIC50 de los compuestos de ensayo coinciden con los datos experimentales dentro de un intervalo de error aceptable. Los valores pred de r2 se calcularon para 0,621 y 0,563 para los modelos CoMFA y CoMSIA, respectivamente. Se utilizó un conjunto de pruebas de 10 compuestos excluidos de la construcción de modelos 3D-QSAR para validar aún más la capacidad predictiva de los modelos obtenidos. El coeficiente de correlación r2 (r2 pred) de los modelos CoMFA y CoMSIA fue de 0,621 y 0,563, respectivamente, lo que indica una buena capacidad predictiva. Se realizó una validación externa utilizando los métodos de validación de Tropsha para evaluar aún más la capacidad predictiva de los modelos CoMFA y CoMSIA. Esta validación se realizó utilizando los 10 compuestos del conjunto de pruebas no incluidos en el desarrollo del modelo. CoMFA y CoMSIA modelos satisfecho las siguientes condiciones (i) q2=0.53>0.50; (ii) r2=0.64>0,60 y (i) q2=0.55>0.50; (ii) r2=0,67>0.60.

El valor residual obtenido de las actividades observadas y previstas del conjunto de entrenamiento y pruebas del mejor modelo CoMFA (SE), CoMSIA (SEHDA) y HQSAR (A/B/C). El modelo HQSAR conectado mostró una buena capacidad predictiva externa en comparación con el modelo CoMFA y los modelos CoMSIA para el conjunto de pruebas externas. Estos resultados estadísticos para las moléculas del conjunto de pruebas proporcionan una poderosa verificación de que los modelos CoMFA, CoMSIA y HQSAR así derivados son capaces de predecir bien la actividad anti prostática de un conjunto de datos estructuralmente variado. Los resultados de la validación indican que los modelos 3D-QSAR derivados podrían utilizarse para predecir las actividades inhibitorias y para diseñar calconas basadas en iononas en la línea celular LNCaP como actividad antiproestatal.

El acoplamiento se empleó para explorar el modo de unión entre estos derivados de calcona basados en iononas y el sitio del inhibidor de proteínas del receptor de andrógenos 5-α dihidrotestosterona (protomol), para examinar la estabilidad de los modelos QSAR que se generaron previamente.

Seleccionamos el compuesto 25 más potente en el experimento de atraque para realizar un análisis de atraque más profundo. De acuerdo con la mejor conformación de acoplamiento del compuesto más potente 25 el –CF3 en R3 estableció una interacción clave con el THR 877, el átomo de flúor actuó como aceptador de enlaces de hidrógeno y formó enlaces H con el átomo-H del THR 877. El aminoácido THR 877 fue requerido para el crecimiento del receptor de andrógenos. La inhibición requerida del aminoácido THR 877 se logró con el grupo funcional-NH2 de los derivados de las calconas a base de iononas. El grupo-OH parecía demasiado involucrado en una red de interacción de aceptadores de enlaces de hidrógeno y donantes de enlaces de hidrógeno. La interacción del donante de hidrógeno formado por oxi de-OH con NH2 de ARG 752; la interacción del donante de enlace de hidrógeno creado por el átomo de-OH de H con oxi del aminoácido GLN 711 y la puntuación de dock fue de -3,183 kcal / mol (fig. 7a).

Conformaciones de unión del compuesto 25 con el receptor.

Conformaciones de unión del compuesto 25 (a) en el sitio de unión del inhibidor del receptor de andrógenos (código PDB 1T65), (b) mayor comprensión del análisis de acoplamiento mediante una unión de potencial lipofílico MOLCAD, (c) potencial electrostático y (d) profundidad de cavidad.

Para visualizar el elemento de estructura secundaria de la unión, se aplicó el MOLCAD con el sitio del inhibidor. En la mayoría de los compuestos activos 25, el anillo aromático está presente en el ligero potencial electrostático, en la región altamente lipofílica y en la cavidad más profunda. La porción R3 se suspende en la región de potencial electrostático leve, la región lipofílica leve y la región superior de la profundidad de la cavidad. La superficie MOLCAD del sitio de unión del inhibidor 5-α dihidrotestosterona (DHT) se creó como protomol y se mostró un mapa con potencial electrostático (EP) para examinar y validar el mapa de contorno electrostático CoMFA.

La superficie MOLCAD del DHT también se creó y se mostró con potencial lipofílico (LP) para examinar el mapa de contorno hidrofóbico de CoMSIA (fig. 7b). La rampa para pantallas LP de color rojo (área lipofílica) a azul (área hidrófila) para examinar el mapa de contornos de CoMSIA. La cadena lateral R3 y la cadena alifática estaban en anillo fenilo aromático verde y R3 en zona roja, lo que sugería que los grupos hidrófobos leves y más hidrófobos, respectivamente, aumentarían la potencia.

La afinidad de unión del mapa de contorno EP confirmó y valida el modelo CoMFA fig. 7c. El acoplamiento del compuesto 25 al sitio de DHT; el color rojo muestra el área de extracción de electrones y el color púrpura muestra el área de donación de electrones. Las observaciones tomadas de la fig. 7 relacionados significativamente con los del mapa de contornos electrostáticos CoMFA. En detalle, la región R3 estaba en la región azul, lo que sugiere que un sustituyente que retira electrones sería favorable; la posición R4, R5 estaba en una región roja, lo que indica que los grupos que donan electrones pueden mejorar la potencia.

La rampa de color para profundidad de cavidad varía de naranja (profundidad de cavidad más alta) a azul (profundidad de cavidad más baja). La cadena lateral R3 (- CF3) era de color marrón, lo que recomendaba que la parte en grupos de región de cavidad más profundos aumentara la potencia; el fenilo, – C = O y C1 del anillo insaturado era de color azul lo que demostraba la región de la cavidad superior (fig. 7d).

El importante hallazgo clave obtenido del análisis de interacción CoMFA, CoMSIA, HQSAR y docking nos promueve a sugerir algunos compuestos antiprostáticos novedosos para el cáncer. El análisis de modelos moleculares proporcionó información adecuada sobre los requisitos estructurales para mejorar la actividad antiproestatal. Los mapas de contribución de contornos CoMFA, CoMSIA y HQSAR nos guían para optimizar el andamio accesible. Además, el acoplamiento estimó la afinidad de unión del compuesto más activo. De acuerdo con la recomendación de modelado molecular en detalle, los grupos menos voluminosos, de retiro de electrones, donación de electrones, donante de enlaces de hidrógeno y aceptor en la posición R2 mejoran la actividad; los sustituyentes voluminosos, de retiro de electrones e hidrofóbicos se favorecen en R3; y los sustituyentes menores y menos voluminosos en la potencia de asistencia R4, R5 y R6 a través de CoMFA y CoMSIA. Además, el HQSAR aconseja que la cadena lateral alifática no saturada y unida mostró una contribución positiva. Los grupos CF3 y OH fueron esenciales para la unión a la cavidad del sitio del inhibidor (protomol). La relación estructura-actividad explorada por este estudio se presenta en la fig. 8. Basándonos en esta sugerencia, diseñamos una serie de moléculas antiproestatales novedosas. Estas moléculas diseñadas se alinearon en la base de datos mediante el módulo align database, y sus valores de pIC50 fueron predichos por los modelos CoMFA, CoMSIA, HQSAR y puntajes de acoplamiento previamente establecidos.

Relación estructura-actividad revelada por QSAR y acoplamiento.

EW: Retiro de electrones; ED: Donación de electrones.

Según las predicciones, en la Tabla 5 se muestran doce estructuras de derivados de nuevo diseño, valores de pIC50 predichos y puntuación de muelle, la mayoría de los derivados diseñados mostraron mejores potencias, pero los compuestos S6 y S9, que fueron los derivados más activos en la base de datos y verificados en comparación con el compuesto 25. Estos resultados confirman la relación estructura-actividad obtenida de los estudios QSAR y docking, pensamos que las moléculas diseñadas testificadas por nosotros imparten cáncer antiprostático y siguen siendo pistas para la próxima investigación.

CUADRO 5

VALORES PREVISTOS DE PIC50 Y PUNTAJES DE ACOPLAMIENTO DE DERIVADOS ANTIPROESTATALES DE NUEVO DISEÑO

En el presente estudio, análisis QSAR y de acoplamiento se han aplicado a un conjunto de ionona basado chalconas derivados. Los modelos generados han confirmado ser estadísticamente precisos con q2 y r2 más altos. Se realizaron métodos de modelado molecular para comprender las características estructurales responsables de la afinidad de los ligandos por la RA. Los sustituyentes voluminosos y cargados negativamente y los aceptadores de enlace H en la posición R2, R3, R4, R5 y R6 aumentarían la actividad; la sustitución en la posición fenil es muy importante para mejorar la actividad. El sustituyente hidrofóbico en la posición del enlazador aumentaría la actividad. Los anillos cylic en los dos lados de los derivados de chalconas a base de ionona son necesarios para el citotóxico del antagonista AR. Aquí, la propiedad hidrofóbica del anillo fenílico juega un papel clave en las actividades contra el cáncer de próstata. Estos resultados proporcionaron pistas importantes que se utilizaron para diseñar doce novelas compuestos contra el cáncer de próstata con alta actividad prevista.