CoMFA, CoMSIA, HQSAR e Docking molecolare Analisi di derivati calconici a base di ionone come attività antitumorale antiprostatica | Jiotower

RISULTATI E DISCUSSIONE

I calconi a base di β-ionone 1-15, i calconi a base di α-ionone 16-22 e i calconi a base di 4-idrossi-β-ionone 23-43 hanno mostrato una notevole citotossicità nella linea cellulare attività antiprostatica (Tabella 1). Il composto 25 era molto potente; 5, 11, 34, 39 e 40 erano moderati e 9, 17, 21 e 30 erano composti calconici meno attivi a base di ionone rispetto all’analogo genitore 25 che ha un gruppo di ritiro degli elettroni nella posizione meta. Sullo spostamento di-CF3 dalla posizione meta alla posizione para (6, 18 e 26) o eliminazione di-CF3 con –NO2(11, 21 e 40), –F (9 e 30), il gruppo di donazione di elettroni-CH3(14, 22 e 38) ha sostanzialmente indebolito la citotossicità nelle cellule del cancro alla prostata rispetto al composto 25.

Utilizzando la serie di derivati di calconi basati su ionone che possiedono attività antitumorale antiprostatica, sono stati derivati modelli 3D-QSAR. I modelli CoMFA e CoMSIA sono stati sviluppati utilizzando un comune schema di allineamento basato sulla sottostruttura. Durante le analisi 3D-QSAR, abbiamo selezionato 10 composti come set di test per la convalida del modello(1, 12, 13, 15, 16, 20, 27, 33, 39 e 43) e rimanendo in formazione set sono stati selezionati con il metodo della diversità in modo tale che la diversità strutturale e la vasta gamma di attività biologica nel set di dati sono stati aggiunti. Le strutture dei composti utilizzati nell’addestramento e nell’insieme di prova indicato nella tabella 1.

I risultati delle analisi statistiche PLS per gli approcci di allineamento sono riassunti nella Tabella 2. Il modello statistico CoMFA che utilizza campi di contributo sterico ed elettrostatico erano rispettivamente del 30,1% e del 69,9%, ha dato un coefficiente di correlazione cross-validato (q2) di 0,527, un coefficiente di correlazione non cross-validato (r2) di 0,636, un valore F di 34,902, una stima di errore standard basso (VEDI) di 0,236 con un numero ottimale di componenti 2 e Pred r2 di 0,621. Le attività previste per gli inibitori insieme alle attività sperimentali e ai valori residui sono elencate nella Tabella 3. Il grafico a dispersione per i valori pIC50 effettivi rispetto ai valori pIC50 previsti per i set di allenamento e test è illustrato in fig. 2a. Le attività previste dal modello CoMFA sono in accordo con i dati sperimentali. L’analisi PLS e le attività previste suggeriscono che è stato sviluppato un modello CoMFA affidabile.

TABELLA 3

VALORE PREDETTO E RESIDUO DEL MODELLO DI RELAZIONE COMFA, COMSIA E HQSAR

Nell’analisi CoMSIA, sono stati calcolati campi idrofobi, donatori di idrogeno e accettori di idrogeno oltre a campi sterici ed elettrostatici. Una combinazione di vari campi è stata impiegata per ottenere il risultato ottimale. Utilizzando composti del set di allenamento e una combinazione di campi accettore sterico, elettrostatico e idrogeno-bond; un modello con coefficiente di correlazione cross-validato (q2) di 0,550, coefficiente di correlazione non cross-validato (r2) di 0,671, valore F di 26,581, bassa stima degli errori standard (VEDI) di 0.257 con un componente ottimizzato di 2 e Pred r2 di 0,563 è stato ottenuto. I contributi sul campo dei campi sterico, idrofobo elettrostatico, donatore di legame idrogeno e accettore di legame idrogeno erano rispettivamente 0,036, 0,437, 0,090, 0,296 e 0,141.

I parametri statistici sono riassunti nella Tabella 2. Le attività previste e sperimentali per gli inibitori con i loro residui sono elencate nella tabella 3 e il grafico a dispersione per i valori pIC50 effettivi rispetto ai valori pic50 previsti per i gruppi di allenamento e test è visualizzato in fig. 2 ter. Le attività previste sono in accordo con i dati sperimentali, indicando che è stato sviluppato un modello CoMSIA affidabile.

Sono state generate mappe di contorno del coefficiente 3D per visualizzare i risultati dei modelli 3D-QSAR. I risultati CoMFA e CoMSIA sono stati interpretati graficamente dalle mappe di contributo del campo utilizzando il tipo di campo STDEV*COEFF. Le mappe di contorno di CoMFA (sterico ed elettrostatico), e CoMSIA (sterico, elettrostatico, idrofobo, campi donatore e accettore di idrogeno-bond) sono mostrati in figg. fico.33 e and4,4, rispettivamente. Compound 25 è stato etichettato e visualizzato nella mappa in aiuto della visualizzazione.

Mappe di contorno per il modello CoMFA.

Mappe di contorno del composto 25 per il modello CoMFA (a) sterico e (b) elettrostatico.

Mappe di contorno per il modello CoMSIA.

Mappe di contorno del composto 25 per il modello CoMSIA (a) sterico, (b) elettrostatico, (c) idrofobo, (d) donatore di idrogeno e (e) mappe di contorno dell’accettore di idrogeno per il composto 25.

In fig. 3a, la mappa di contorno del campo sterico del modello CoMFA, un grande poliedro di contorno verde situato attorno al gruppo idrossi ha suggerito che gruppi opportunamente ingombranti avevano interazioni steriche favorevoli. Questo può essere il motivo per cui i composti con-CF3 sostituente (5, 7, 25, 28, 32 e 34) nella regione R3 ha mostrato una potente attività antitumorale antiprostatica rispetto alle molecole con e senza alcun sostituente in questa particolare posizione R3. Due contorni di colore giallo indicavano che i gruppi ingombranti erano sterici sfavorevoli in questa direzione in quanto potrebbe verificarsi uno scontro sterico. Un piccolo contorno verde accanto all’anello era coerente con l’aumento leggero dell’attività.

La mappa di contorno elettrostatica del modello CoMFA può essere vista chiaramente dalla fig. 3 ter. I contorni blu indicano che i sostituenti elettropositivi aumenterebbero l’attività dell’antagonista di AR con proteina, mentre il colore rosso indica che dovrebbero essere i gruppi ricchi dell’elettrone diminuiti. Poiché i contorni rossi sono stati trovati vicino al gruppo idrossi del composto 25, che è una funzionalità ricca di elettroni e quindi mostra un’elevata attività oncologica antprostata AR.

I contorni sterici ed elettrostatici del modello CoMSIA erano simili ai contorni CoMFA fig. 4. Tuttavia, nel campo sterico c’era un colore verde e il colore blu è favorito mentre il giallo e il rosso sono sfavoriti vicino al gruppo funzionale. Il colore giallo sotto l’anello fenilico mostra il requisito dei sostituenti meno ingombranti, mentre vicino all’anello ciclico il colore verde preferito per i sostituenti ingombranti (fig. 4 bis). Per elettrostatica di colore blu vicino all’anello fenilico mostra che elettrone donare gruppo è richiesto in quella posizione. Questa mappa di contorno era simile al modello CoMFA. Per quanto riguarda il campo elettrostatico, i principali poliedri blu e rosso erano simili a quelli del modello CoMFA (fig. 4 ter).

Nell’interazione idrofobica il colore giallo mostra che l’anello fenilico è attivo e contribuisce alla lipofilia, mentre il colore bianco vicino all’anello ciclico insaturo sta sfavorendo la lipofilia (fig. 4 quater). Nell’analisi dell’interazione del donatore di legami idrogeno il colore ciano e viola mostra una natura favorevole e sfavorevole rispetto all’attività biologica nei pressi dell’anello ciclico insaturo (fig. 4d). Nello studio di interazione dell’accettore del legame idrogeno il colore rosso ha sfavorito il gruppo accettore attaccato con anello insaturo e contribuendo meno nell’attività biologica mentre il colore magenta vicino all’anello ciclico insaturo favorisce l’attività biologica fig. 4e.

HQSAR analisi sono state eseguite mediante screening di 12 predefinito serie di ologramma valori di lunghezza che vanno da 53-401 bidoni, inizialmente utilizzando la dimensione del frammento di default (4-7) su diversi distinti frammenti come A/B/C, A/B/H, A/B/Cat, A/B/DA A/B/C/H, A/B/C/Cat, 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 e/C/H/Ch/DA. I modelli di conteggio dei frammenti dagli inibitori del set di allenamento erano correlati all’attività biologica sperimentale utilizzando l’analisi PLS. Il miglior parametro statistico è stato ottenuto dalle analisi PLS con A / B / C. L’influenza della dimensione del frammento è di fondamentale importanza nella generazione di modelli HQSAR, poiché questo parametro controlla le lunghezze minime e massime dei frammenti da codificare nell’impronta digitale dell’ologramma.

Il HQSAR modello statistico generato utilizzo di default la dimensione del frammento (4-7) con il frammento distinti (A/B/C), ha convalidato croce coefficiente di correlazione (q2) di 0.670, camere non-croce-validato il coefficiente di correlazione (r2) di 0.746, a basso standard di stima dell’errore (VEDI) di 0.203 con componenti ottimizzati di 4, e Pred r2 di 0.732 è stato ottenuto (Tabella 4). Pertanto, il modello HQSAR ottenuto qui era affidabile. I valori pIC50 predittivi e residui dei dati basati sul modello HQSAR sono elencati nella Tabella 3. Il grafico a dispersione per i valori pIC50 effettivi rispetto ai valori pIC50 previsti per i set di allenamento e test viene visualizzato in fig. 5.

Diagramma di correlazione di HQSAR.

Correlazione tra le attività sperimentali e previste del modello HQSAR. ♦ – Set di allenamento, ▪ – set di test.

TABELLA 4

RISULTATI DELLA STRUTTURA QUANTITATIVA DELL’OLOGRAMMA ANALISI DELLE RELAZIONI DI ATTIVITÀ SUI PARAMETRI STATISTICI CHIAVE UTILIZZANDO LA DIMENSIONE PREDEFINITA DEL FRAMMENTO

HQSAR fornisce graficamente informazioni sui contributi atomici o frammenti alle attività come colori diversi. I colori all’estremità verde (giallo, verde-blu e verde) riflettono il contributo positivo, i colori all’estremità rossa dello spettro (rosso, rosso-arancio e arancione) riflettono il contributo negativo e i contributi neutri sono colorati in bianco. I frammenti molecolari più attivi del composto 25, il più potente composto antitumorale antiprostatico del set di dati sono mostrati in fig. 6. Secondo le mappe di contributo, i frammenti molecolari corrispondenti all’anello insaturo sono fortemente correlati all’affinità biologica a C1, C2 e C6 (colorati in verde e giallo).

HQSAR contorno mappa per compound 25.

Le regioni che hanno negativamente contribuire alle attività biologica includono il gruppo metilico allegato a fenil anello in R3, e anche trovato che i gruppi elettron-donatori riduce l’attività e può essere sostituita da elettronattrattore sostituenti diversi strutturali e fisico-chimiche caratteristiche con l’obiettivo di aumentare l’affinità e la potenza dei composti studiati in questo lavoro.

I poteri predittivi dei modelli CoMFA e CoMSIA sono stati convalidati dal set di test esterno di 14 composti. I valori pIC50 previsti dei composti di prova sono in accordo con i dati sperimentali entro un intervallo di errore accettabile. I valori pred r2 sono stati calcolati per essere 0,621 e 0,563 per i modelli CoMFA e CoMSIA, rispettivamente. Un set di test di 10 composti esclusi dalla costruzione di modelli 3D-QSAR è stato utilizzato per convalidare ulteriormente la capacità predittiva dei modelli ottenuti. Il coefficiente di correlazione r2 (r2 pred) dei modelli CoMFA e CoMSIA era 0,621 e 0,563, indicando rispettivamente una buona capacità predittiva. La validazione esterna utilizzando i metodi di validazione di Tropsha è stata eseguita per valutare ulteriormente la capacità predittiva dei modelli CoMFA e CoMSIA. Questa convalida è stata eseguita utilizzando i 10 composti del set di test non inclusi nello sviluppo del modello. I modelli CoMFA e CoMSIA hanno soddisfatto le seguenti condizioni (i) q2=0,53>0,50; (ii) r2=0,64>0,60 e (i) q2=0,55>0,50; (ii) r2=0,67>0,60.

Il valore residuo ottenuto dalle attività osservate e previste dell’addestramento e dei test stabiliti dal modello best CoMFA (SE), CoMSIA (SEHDA) e HQSAR (A/B/C). Il modello HQSAR collegato ha mostrato una buona capacità predittiva esterna rispetto al modello CoMFA e ai modelli CoMSIA per il set di test esterno. Questi risultati statistici per le molecole del set di test forniscono una potente verifica che i modelli CoMFA, CoMSIA e HQSAR così derivati sono in grado di prevedere bene l’attività anti prostatica del set di dati strutturalmente vario. I risultati di convalida indicano che i modelli derivati 3D-QSAR potrebbero essere utilizzati per prevedere le attività inibitorie e per progettare calconi basati su ionone nella linea cellulare LNCaP come attività antiprostatica.

Docking è stato impiegato per esplorare la modalità di legame tra questi derivati calconici a base di ionone e l’inibitore della proteina del recettore degli androgeni 5-α diidrotestosterone (protomolo) sito, per esaminare la stabilità dei modelli QSAR che sono stati precedentemente generati.

Abbiamo selezionato il composto più potente 25 nell’esperimento di attracco per eseguire l’analisi di attracco più profonda. Secondo la migliore conformazione di attracco del composto più potente 25 il-CF3 a R3 ha stabilito l’interazione chiave con il THR 877, l’atomo di fluoro ha agito come un accettore di legame idrogeno e formando legami H con l’atomo-H di THR 877. L’aminoacido THR 877 è stato richiesto per la crescita del ricevitore dell’androgeno. L’inibizione aminoacidica richiesta THR 877 è stata ottenuta con il gruppo funzionale-NH2 dei derivati dei calconi a base di ionone. Il gruppo-OH è apparso troppo coinvolto in una rete di interazione tra accettore di legami idrogeno e donatore di legami idrogeno. L’ossi di-OH ha formato l’interazione del donatore di idrogeno con NH2 di ARG 752; – OH dell’atomo di H ha creato l’interazione del donatore di legame idrogeno con l’ossi di GLN 711 aminoacido e il punteggio di dock è risultato essere -3.183 kcal / mol (fig. 7 bis).

Conformazioni leganti del composto 25 con recettore.

Conformazioni di legame del composto 25 (a) al sito di legame inibitore del recettore degli androgeni (PDB codice 1T65), (b) maggiori informazioni sull’analisi di docking da parte di un legame potenziale lipofilo MOLCAD, (c) potenziale elettrostatico e (d) profondità della cavità.

Per visualizzare l’elemento di struttura secondaria del legame, il MOLCAD è stato applicato con sito inibitore. Nella maggior parte del composto attivo 25, anello aromatico presente sul leggero potenziale elettrostatico, nella regione altamente lipofila e nella cavità più profonda. La porzione R3 si sospende sulla leggera regione del potenziale elettrostatico, sulla leggera regione lipofila e sulla regione superiore della profondità della cavità. La superficie di MOLCAD del sito di legame dell’inibitore 5-α diidrotestosterone (DHT) è stata creata come protomolo e mappa visualizzata con potenziale elettrostatico (EP) per esaminare e convalidare la mappa di contorno elettrostatica CoMFA.

La superficie MOLCAD del DHT è stata anche creata e visualizzata con potenziale lipofilo (LP) per esaminare la mappa del contorno idrofobo CoMSIA (fig. 7 ter). La rampa per LP visualizza dal colore rosso (area lipofila) al blu (area idrofila) per esaminare la mappa dei contorni CoMSIA. La catena laterale R3 e la catena alifatica erano in anello fenilico aromatico verde e R3 nella zona rossa, il che suggeriva che i gruppi idrofobici e più idrofobici, rispettivamente, aumenterebbero la potenza.

L’affinità di binding EP contour map conferma e convalida il modello CoMFA fig. 7c. L’aggancio del composto 25 nel sito DHT; il colore rosso mostra l’area di ritiro degli elettroni e il colore viola mostra l’area di donazione degli elettroni. Le osservazioni tratte dalla fig. 7 significativamente correlati quelli della mappa di contorno elettrostatica CoMFA. In dettaglio, la regione R3 era nella regione blu, il che suggeriva che un sostituente che ritirava l’elettrone sarebbe stato favorevole; la posizione R4, R5 era in una regione rossa, il che indicava che i gruppi di donazione di elettroni possono aumentare la potenza.

La rampa di colore per la profondità della cavità varia dall’arancione (profondità della cavità più alta) al blu (profondità della cavità più bassa). La catena laterale R3 (- CF3) era di colore marrone, il che raccomandava che la parte in gruppi di regioni di cavità più profonde aumentasse la potenza; il fenile, – C=O e C1 di anello insaturo era in un colore blu che ha dimostrato la regione della cavità superiore (fig. 7d).

L’importante scoperta chiave ottenuta da CoMFA, CoMSIA, HQSAR e docking interaction analysis ci promuove a suggerire alcuni nuovi composti antitumorali antiprostatici. L’analisi di modellazione molecolare ha fornito informazioni adeguate sui requisiti strutturali per una maggiore attività antiprostatica. Le mappe di contributo CoMFA, CoMSIA e HQSAR contours ci guidano per ottimizzare lo scaffold accessibile. Inoltre l’attracco ha stimato l’affinità di legame del composto più attivo. Sulla base della raccomandazione di modellazione molecolare in dettaglio, meno ingombranti, ritiro di elettroni, donazione di elettroni, donatore di legami idrogeno e gruppi di accettori nella posizione R2 migliorano l’attività; sostituente ingombrante, ritiro di elettroni e idrofobo sono favoriti a R3; e minori, meno sostituenti ingombranti a R4, R5 e R6 potenza di assistenza attraverso CoMFA e CoMSIA. Inoltre HQSAR consiglia che la catena laterale alifatica insatura e legata ha mostrato un contributo positivo. Il gruppo-CF3 e-OH erano essenziali per il legame con la cavità del sito degli inibitori (protomolo). La relazione struttura-attività esplorata da questo studio è presentata in fig. 8. Sulla base di questo suggerimento, abbiamo progettato una serie di nuove molecole antiprostatiche. Queste molecole progettate sono state allineate nel database dal modulo align database e i loro valori pIC50 sono stati previsti dai modelli CoMFA, CoMSIA, HQSAR precedentemente stabiliti e dai punteggi di docking.

Rapporto struttura-attività rivelato da QSAR e docking.

EW: Prelievo di elettroni; ED: Donazione di elettroni.

Secondo le previsioni, dodici strutture di derivati di nuova concezione, valori pIC50 previsti loro e punteggio dock sono mostrati nella Tabella 5, la maggior parte dei derivati progettati hanno mostrato potenze migliori, ma composti S6 e S9, che erano i derivati più attivi nel database e verificato in confronto al composto 25. Questi risultati confermano la relazione struttura-attività ottenuta da QSAR e docking studi, abbiamo pensato che le molecole progettate testimoniato da noi impartire cancro antiprostate e rimane conduce per la prossima ricerca.

TABELLA 5

VALORI PIC50 PREVISTI E PUNTEGGI DI ATTRACCO DI DERIVATI ANTIPROSTATICI DI NUOVA CONCEZIONE

Nel presente studio, l’analisi QSAR e il docking sono stati applicati a un insieme di derivati di calconi a base di ionone. I modelli generati hanno confermato di essere statisticamente precisi con q2 e r2 più alti. Sono stati eseguiti metodi di modellazione molecolare per comprendere le caratteristiche strutturali responsabili dell’affinità dei ligandi per AR. I sostituenti ingombranti e caricati negativamente e gli accettori del legame H nella posizione R2, R3, R4, R5 e R6 aumenterebbero l’attività; la sostituzione nella posizione fenilica è molto importante per una migliore attività. Il sostituente idrofobo nella posizione del linker aumenterebbe l’attività. Gli anelli Cylic ad entrambi i lati dei derivati basati ionone di chalcones sono richiesti per il citotossico dell’antagonista di AR. Qui, la proprietà idrofobica dell’anello fenilico svolge un ruolo chiave nelle attività anti-cancro alla prostata. Questi risultati hanno fornito importanti indizi che sono stati utilizzati per progettare dodici romanzi composti anti-cancro alla prostata con alta attività prevista.