CoMFA, CoMSIA, HQSAR i molekularna Analiza dokowania pochodnych Chalkonu na bazie Jononów jako aktywności raka Przeciwprostatowego | Jiotower

wyniki i dyskusja

chalkony na bazie β-jononów 1-15, chalkony na bazie α-jononów 16-22 i chalkony na bazie 4-hydroksy-β-jononów 23-43 wykazały znaczną cytotoksyczność w linii komórkowej LNCaP jako aktywność przeciwprostatową (tabela 1). Związek 25 był najsilniejszy; 5, 11, 34, 39 i 40 były umiarkowane, a 9, 17, 21 i 30 były najmniej aktywnymi związkami chalkonowymi na bazie jononów w porównaniu z macierzystym analogiem 25, które mają grupę wycofującą elektrony w pozycji meta. W przypadku przesunięcia-CF3 z pozycji meta do pozycji para (6, 18 i 26) lub eliminacji –CF3 z –NO2(11, 21 i 40),- F (9 i 30), Grupa oddawania elektronów-CH3(14, 22 i 38) znacznie osłabiła cytotoksyczność w komórkach raka prostaty w porównaniu ze Związkiem 25.

wykorzystując serię pochodnych chalkonów na bazie jononów, posiadających aktywność przeciwprostatową, uzyskano modele 3D-QSAR. Modele CoMFA i CoMSIA zostały opracowane przy użyciu wspólnego schematu wyrównania opartego na podbudowie. Podczas analiz 3D-QSAR wybraliśmy 10 związków jako zestaw testowy do walidacji modelu(1, 12, 13, 15, 16, 20, 27, 33, 39 i 43) i pozostające w zestawie szkoleniowym zostały wybrane metodą różnorodności w taki sposób, że dodano różnorodność strukturalną i szeroki zakres aktywności biologicznej w zestawie danych. Struktury związków stosowanych w zestawie treningowym i testowym przedstawione w tabeli 1.

wyniki analiz statystycznych PLS dla podejść dostosowawczych podsumowano w tabeli 2. Model statystyczny CoMFA wykorzystujący pola wkładu sterycznego i elektrostatycznego wynosił odpowiednio 30,1% i 69,9%, uzyskał krzyżowo zwalidowany współczynnik korelacji (q2) wynoszący 0,527, nie krzyżowo zwalidowany współczynnik korelacji (r2) wynoszący 0,636, wartość F wynoszącą 34,902, oszacowanie błędu niskiego standardu (zob.) wynoszące 0,236 przy optymalnej liczbie składników 2 i Pred R2 wynoszący 0,621. Przewidywane działania inhibitorów wraz z działaniami eksperymentalnymi i wartościami resztkowymi przedstawiono w tabeli 3. Wykres punktowy dla rzeczywistych wartości pIC50 w porównaniu z przewidywanymi wartościami pIC50 dla zestawów treningowych i testowych przedstawiono na fig. 2A. działania przewidywane przez model CoMFA są zgodne z danymi eksperymentalnymi. Analiza PLS i przewidywane działania sugerują, że opracowano wiarygodny model CoMFA.

tabela 3

przewidywana i rezydualna wartość modelu zależności COMFA, COMSIA i HQSAR

w analizie CoMSIA, oprócz pól sterycznych i elektrostatycznych, obliczono pola hydrofobowe, donorowe i akceptujące wiązanie wodorowe. W celu uzyskania optymalnego rezultatu zastosowano kombinację różnych dziedzin. Wykorzystując związki zestawu treningowego i kombinację pól akceptujących wiązania steryczne, elektrostatyczne i wodorowe; model z zatwierdzonym krzyżowo współczynnikiem korelacji (q2) wynoszącym 0,550, nie zatwierdzonym krzyżowo współczynnikiem korelacji (r2) wynoszącym 0,671, wartością F wynoszącą 26,581, estymacją błędu niskiego standardu (patrz) wynoszącą 0.Uzyskano 257 ze zoptymalizowanym składnikiem 2 i Pred R2 0,563. Udział pól hydrofobowych sterycznych, elektrostatycznych, donora wiązania wodorowego i akceptora wiązania wodorowego wynosił odpowiednio 0,036, 0,437, 0,090, 0,296 i 0,141.

parametry statystyczne zestawiono w tabeli 2. Przewidywane i eksperymentalne działania inhibitorów z ich resztami są wymienione w tabeli 3, a wykres punktowy dla rzeczywistych wartości pIC50 w porównaniu z przewidywanymi wartościami pIC50 dla zestawów treningowych i testowych jest przedstawiony na fig. 2b. Przewidywane działania są zgodne z danymi eksperymentalnymi, co wskazuje, że opracowano wiarygodny model CoMSIA.

mapy konturów współczynników 3D zostały wygenerowane w celu wizualizacji wyników modeli 3D-QSAR. Wyniki CoMFA i CoMSIA zostały zinterpretowane graficznie za pomocą map field contribution przy użyciu typu pola STDEV * COEFF. Mapy konturowe CoMFA (steryczne i elektrostatyczne) i CoMSIA (steryczne, elektrostatyczne, hydrofobowe, wodorowo-wiązaniowe pola dawcy i akceptora) przedstawiono na fig. figi.Odpowiednio 33 i 4,4. Związek 25 został oznakowany i wyświetlony na mapie w celu wizualizacji.

mapy konturowe dla modelu CoMFA.

mapy konturowe związku 25 dla modelu CoMFA (a) sterycznego i (b) elektrostatycznego.

mapy konturowe dla modelu CoMSIA.

mapy konturowe związku 25 dla modelu CoMSIA (a) steryczne, (b) elektrostatyczne, (C) hydrofobowe, (d) donor wodoru i (e) mapy konturowe akceptora wodoru dla związku 25.

na rys. 3A, Mapa konturowa pola sterycznego modelu CoMFA, duży zielony wielościan konturowy zlokalizowany wokół grupy hydroksylowej sugerował, że odpowiednio duże grupy miały korzystne interakcje steryczne. Może to być powodem, dla którego związki z podstawnikiem-CF3(5, 7, 25, 28, 32 i 34) w regionie R3 wykazywały silną aktywność przeciwnowotworową niż cząsteczki z lub bez podstawnika w tej konkretnej pozycji R3. Dwa kontury koloru żółtego wskazywały, że nieporęczne grupy są niekorzystne w tym kierunku, ponieważ może dojść do starcia sterycznego. Mały zielony kontur obok pierścienia był zgodny ze wzrostem aktywności światła.

elektrostatyczna Mapa konturowa modelu CoMFA jest wyraźnie widoczna na rys. 3b. Niebieskie kontury wskazują, że elektropozytywne podstawniki zwiększają aktywność antagonistyczną AR z białkiem, podczas gdy czerwony kolor wskazuje, że powinny one być grupami bogatymi w elektrony. Ponieważ czerwone kontury znaleziono w pobliżu grupy hydroksylowej związku 25, który jest funkcją bogatą w elektrony, a tym samym wykazuje wysoką aktywność przeciwnowotworową AR.

kontury steryczne i elektrostatyczne modelu CoMSIA były podobne do konturów CoMFA rys. 4. Natomiast w polu sterowym występuje Barwa zielona i niebieska, natomiast barwa żółto-czerwona w pobliżu grupy funkcyjnej. Żółty kolor poniżej pierścienia fenylowego wskazuje na zapotrzebowanie na mniej wielkogabarytowe podstawniki, podczas gdy w pobliżu pierścienia cyklicznego kolor zielony korzystny dla wielkogabarytowych podstawników (fig. 4a). Dla elektrostatycznego koloru niebieskiego w pobliżu pierścienia fenylowego wskazuje, że w tej pozycji wymagana jest grupa elektronów. Ta mapa konturowa była podobna do modelu CoMFA. Jeśli chodzi o pole elektrostatyczne, główne niebieskie i czerwone wielościany były podobne do tego w modelu CoMFA (rys. 4B).

w interakcji hydrofobowej żółty kolor pokazuje, że pierścień fenylowy jest aktywny i przyczynia się do lipofilności, podczas gdy biały kolor w pobliżu nienasyconego pierścienia cyklicznego nie sprzyja lipofilności (fig. 4c). W analizie interakcji z donorem wiązania wodorowego koloryt cyjanowo-fioletowy wykazuje sprzyjającą i niekorzystną naturę w odniesieniu do aktywności biologicznej w pobliżu nienasyconego pierścienia cyklicznego (fig. 4d). W badaniu interakcji z akceptorem wiązania wodorowego kolor czerwony wyparł grupę akceptora przyłączoną nienasyconym pierścieniem i przyczyniającą się w mniejszym stopniu do aktywności biologicznej, podczas gdy Kolor magenta w pobliżu nienasyconego pierścienia cyklicznego sprzyja aktywności biologicznej fig. 4e.

analizy HQSAR zostały wykonane przez przesiewanie 12 domyślnych serii wartości długości hologramu w zakresie od 53 do 401 pojemników, początkowo przy użyciu domyślnego rozmiaru fragmentu (4-7) na różnych różnych fragmentach jako A/B/C, A/B/H, A/B/Ch, A/B/C/H, A/B/C/CH, A/B/C/DA, A/B/H/Ch, A/B/H/DA, A/B/H/CH, A/B/H/DA, A/B/Ch, A/B/H/DA, A/B/Ch/da, a/b/c/h/da, a/b/c/h / da, a / b / c / h / da i A / C / H / CH / da. Wzorce liczby fragmentów z inhibitorów zestawu treningowego były związane z eksperymentalną aktywnością biologiczną przy użyciu analizy PLS. Najlepszy parametr statystyczny uzyskano z analiz PLS z A / B / C. Wpływ wielkości fragmentów ma fundamentalne znaczenie w generowaniu modeli HQSAR, ponieważ parametr ten kontroluje minimalną i maksymalną długość fragmentów, które mają być zakodowane w odcisku palca hologramu.

model statystyczny HQSAR wygenerowany przy użyciu domyślnej wielkości fragmentu (4-7) z odrębnym fragmentem (A/B/C) dał krzyżowo zwalidowany współczynnik korelacji (q2) 0,670, nie krzyżowo zwalidowany współczynnik korelacji (r2) 0,746, niski standardowy Estymator błędu (patrz) 0,203 z zoptymalizowanym składnikiem 4 i uzyskano Pred R2 0,732 (Tabela 4). Tak więc uzyskany tutaj model HQSAR był niezawodny. Predykcyjne i szczątkowe wartości pIC50 danych opartych na modelu HQSAR są wymienione w tabeli 3. Wykres punktowy dla rzeczywistych wartości pIC50 w porównaniu z przewidywanymi wartościami pIC50 dla zestawów treningowych i testowych jest wyświetlany na fig. 5.

Wykres korelacji HQSAR.

korelacja pomiędzy eksperymentalnymi i przewidywanymi działaniami modelu HQSAR. ♦ – Zestaw treningowy, ▪ – zestaw testowy.

Tabela 4

wyniki analizy zależności ilościowej struktury hologramów na kluczowych parametrach statystycznych z wykorzystaniem domyślnego rozmiaru fragmentu

HQSAR graficznie dostarcza informacji o udziale atomów lub fragmentów w działaniach w różnych kolorach. Kolory na zielonym końcu (żółty, zielono-niebieski i zielony) odzwierciedlają pozytywny wkład, kolory na czerwonym końcu spektrum (czerwony, czerwony-pomarańczowy i pomarańczowy) odzwierciedlają negatywny wkład, a neutralne wkłady są zabarwione na biało. Najaktywniejsze fragmenty cząsteczkowe związku 25, najsilniejszego związku przeciwnowotworowego z zestawu danych przedstawiono na fig. 6. Zgodnie z mapami wkładu fragmenty cząsteczkowe odpowiadające nienasyconemu pierścieniu są silnie związane z powinowactwem biologicznym w C1, C2 i C6 (zabarwione na zielono i żółto).

Mapa konturowa HQSAR dla kompleksu 25.

regiony, które negatywnie przyczyniają się do aktywności biologicznej, obejmują grupę metylową przyłączoną do pierścienia fenylowego w R3, a także odkryły, że grupy oddające elektrony zmniejszają aktywność i mogą być zastąpione przez podstawniki wycofujące elektrony o różnych cechach strukturalnych i fizykochemicznych w celu zwiększenia powinowactwa i siły działania związków badanych w tej pracy.

moce predykcyjne modeli CoMFA i CoMSIA zostały zatwierdzone przez zewnętrzny zestaw testowy 14 związków. Przewidywane wartości pIC50 badanych związków są zgodne z danymi doświadczalnymi w dopuszczalnym zakresie błędów. Wartości R2 pred obliczono na 0,621 i 0,563 odpowiednio dla modeli CoMFA i CoMSIA. Zestaw testowy 10 związków wykluczonych z konstrukcji modeli 3D-QSAR wykorzystano do dalszej walidacji zdolności predykcyjnej uzyskanych modeli. Współczynnik korelacji R2 (R2 pred) modeli CoMFA i CoMSIA wynosił odpowiednio 0,621 i 0,563, co wskazuje na dobrą zdolność predykcyjną. Zewnętrzna walidacja przy użyciu metod walidacji Tropsha została przeprowadzona w celu dalszej oceny zdolności predykcyjnych modeli CoMFA i CoMSIA. Walidacja ta została przeprowadzona przy użyciu 10 związków zestawu testowego, które nie zostały uwzględnione w opracowaniu modelu. Modele CoMFA i CoMSIA spełniały następujące warunki (i) q2=0,53>0,50; (ii) R2=0,64>0,60 i (i) q2=0,55>0,50; (ii) R2=0,67>0,60.

wartość rezydualna uzyskana z zaobserwowanych i przewidywanych działań szkoleniowych i testowych określonych przez najlepszy model CoMFA (SE), CoMSIA (SEHDA) i hqsar (A/B/C). Podłączony model HQSAR wykazał dobrą zewnętrzną zdolność predykcyjną w porównaniu z modelem CoMFA i modelami CoMSIA dla zewnętrznego zestawu testowego. Te wyniki statystyczne dla cząsteczek zestawu testowego zapewniają silną weryfikację, że modele CoMFA, CoMSIA i HQSAR tak pochodne są w stanie dobrze przewidzieć aktywność anty prostaty strukturalnie zróżnicowanego zestawu danych. Wyniki walidacji wskazują, że pochodne modele 3D-QSAR mogą być wykorzystane do przewidywania aktywności hamującej i projektowania chalkonów opartych na jononach w linii komórkowej LNCaP jako aktywności przeciwprostatowej.

Dokowanie zostało wykorzystane do zbadania trybu wiązania między tymi pochodnymi chalkonu na bazie jononów a miejscem inhibitora białka receptora androgenowego 5-α dihydrotestosteronu (protomol), w celu zbadania stabilności wcześniej wygenerowanych modeli QSAR.

wybraliśmy najsilniejszy związek 25 w eksperymencie dokowania, aby przeprowadzić głębszą analizę dokowania. Zgodnie z najlepszą konformacją najsilniejszego związku 25-CF3 w R3 ustalono kluczową interakcję z THR 877, atom fluoru działał jako akceptor wiązań wodorowych i tworzył wiązania H z atomem-H thr 877. Aminokwas THR 877 był wymagany do wzrostu receptora androgenowego. Wymaganą inhibicję aminokwasu THR 877 uzyskano za pomocą grupy funkcyjnej-NH2 pochodnych chalkonów opartych na jononach. Grupa-OH okazała się zbyt zaangażowana w sieć interakcji zarówno akceptora wiązania wodorowego, jak i donora wiązania wodorowego. Stwierdzono, że interakcja donora wodoru z tlenem-OH z NH2 ARG 752; – OH z atomem H wywołała interakcję donora wiązania wodorowego z tlenem aminokwasu GLN 711 i wynikiem dock wynosi -3,183 kcal/mol (fig. 7a).

konformacje wiązania związku 25 z receptorem.

konformacje wiązania związku 25 (a) w miejscu wiązania inhibitora receptora androgenowego (kod PDB 1t65), (B) lepszy wgląd w analizę dokowania za pomocą wiązania potencjału lipofilowego MOLCAD, (C) potencjał elektrostatyczny i (d) głębokość wnęki.

aby zobrazować drugorzędowy element struktury wiązania, zastosowano MOLCAD z miejscem inhibitora. W najbardziej aktywnym związku 25 pierścień aromatyczny obecny na niewielkim potencjale elektrostatycznym, w regionie silnie lipofilowym i w głębszej jamie. Część R3 zawiesza się na niewielkim obszarze potencjału elektrostatycznego, niewielkim obszarze lipofilowym i górnym obszarze głębokości jamy. Powierzchnia MOLCAD miejsca wiązania inhibitora 5-α dihydrotestosteronu (DHT) została utworzona jako protomol i mapa wyświetlana z potencjałem elektrostatycznym (EP) w celu zbadania i potwierdzenia elektrostatycznej mapy konturowej CoMFA.

powierzchnia MOLCAD DHT została również utworzona i wyświetlona z potencjałem lipofilowym (LP) w celu zbadania hydrofobowej mapy konturowej CoMSIA (rys. 7b). Rampa dla LP wyświetla kolor od czerwonego (obszar lipofilowy) do niebieskiego (obszar hydrofilowy) w celu zbadania mapy konturów CoMSIA. Łańcuch boczny R3 i łańcuch alifatyczny znajdowały się w zielonym, a aromatyczny pierścień fenylowy R3 w czerwonym obszarze, co sugerowało, że odpowiednio niewielkie grupy hydrofobowe i bardziej hydrofobowe zwiększałyby siłę działania.

powinowactwo wiązania map konturowych EP potwierdziło i potwierdziło Model CoMFA rys. 7C. dokowanie związku 25 do miejsca DHT; czerwony kolor pokazuje obszar wycofywania elektronów, a fioletowy kolor pokazuje obszar oddawania elektronów. Obserwacje zaczerpnięte z fig. 7 znacząco powiązał te z elektrostatyczną mapą konturową CoMFA. W szczegółach region R3 znajdował się w obszarze niebieskim, co sugerowało, że podstawnik wycofujący elektrony byłby korzystny; pozycja R4, R5 znajdowała się w obszarze czerwonym, co wskazywało, że grupy przekazujące elektrony mogą zwiększać siłę działania.

rampa kolorów dla głębokości wgłębienia waha się od pomarańczowego (najwyższa głębokość wgłębienia) do niebieskiego (najniższa głębokość wgłębienia). Łańcuch boczny R3 (- CF3) był w kolorze brązowym, co zalecało, aby część w grupach głębszych obszarów jamy zwiększała siłę działania; fenyl, – C=O i C1 nienasyconego pierścienia był w Kolorze Niebieskim, który wykazał obszar górnej jamy (fig. 7d).

ważne kluczowe odkrycie uzyskane z CoMFA, CoMSIA, HQSAR i analizy interakcji dokowania Promuje nas do sugerowania nowych związków przeciwnowotworowych. Analiza modelowania molekularnego dostarczyła odpowiednich informacji dotyczących wymagań strukturalnych dotyczących zwiększonej aktywności przeciwprostanowej. Mapy konturów CoMFA, CoMSIA i HQSAR pomagają nam zoptymalizować dostępne rusztowanie. Ponadto docking oszacował powinowactwo wiązania najaktywniejszego związku. Opierając się na szczegółowym zaleceniu modelowania molekularnego, mniej nieporęczne, wycofujące elektrony, oddające elektrony, grupy donorów wiązań wodorowych i akceptorów w pozycji R2 zwiększają aktywność; nieporęczne, wycofujące elektrony i hydrofobowe podstawniki są preferowane w R3; a niewielkie, mniej nieporęcznych podstawników w R4, R5 i R6 wspomagają działanie przez CoMFA i CoMSIA. Ponadto HQSAR zalecają, że nienasycony i połączony alifatyczny łańcuch boczny wykazywał pozytywny wkład. Grupy-CF3 i-OH były niezbędne do wiązania się z wnęką miejsca inhibitora (protomol). Związek struktura-aktywność badany w tym badaniu przedstawiono na fig. 8. W oparciu o tę sugestię zaprojektowaliśmy serię nowych cząsteczek antyprostatu. Te zaprojektowane cząsteczki zostały wyrównane w bazie danych przez moduł bazy danych align, a ich wartości pIC50 były przewidywane przez wcześniej ustalone modele CoMFA, CoMSIA, HQSAR i wyniki dokowania.

relacja struktura-aktywność ujawniona przez QSAR i dokowanie.

EW: wycofywanie elektronów; ED: oddawanie elektronów.

zgodnie z przewidywaniami, dwanaście struktur nowo zaprojektowanych pochodnych, przewidywane wartości pIC50 ich i Dock score przedstawiono w tabeli 5, większość zaprojektowanych pochodnych wykazywała lepszą moc, ale związki S6 i S9, które były najbardziej aktywnymi pochodnymi w bazie danych i zweryfikowane w porównaniu do Związku 25. Wyniki te potwierdzają relację struktura-aktywność uzyskaną z badań QSAR i dokowania, sądziliśmy, że zaprojektowane przez nas cząsteczki nadają rakowi przeciwprostanowemu i pozostają tropami do przyszłych badań.

Tabela 5

przewidywane wartości PIC50 i wyniki dokowania nowo zaprojektowanych pochodnych ANTYPROSTATU

w niniejszym badaniu, analiza QSAR i dokowanie zostały zastosowane do zestawu jononowych pochodnych chalkonów. Wygenerowane modele potwierdziły statystyczną Dokładność przy wyższych kwotach q2 i r2. Przeprowadzono metody modelowania molekularnego w celu zrozumienia cech strukturalnych odpowiedzialnych za powinowactwo ligandów do AR. Duże, ujemnie naładowane podstawniki i akceptory wiązania h w pozycji R2, R3, R4, R5 i R6 zwiększają aktywność; podstawienie w pozycji fenylu jest bardzo ważne dla poprawy aktywności. Hydrofobowy podstawnik w pozycji łącznika zwiększyłby aktywność. Pierścienie cyliczne po obu stronach pochodnych chalkonów opartych na jononie są wymagane do cytotoksyczności antagonisty AR. Tutaj hydrofobowa właściwość pierścienia fenylowego odgrywa kluczową rolę w działaniach przeciwnowotworowych prostaty. Wyniki te dostarczyły ważnych wskazówek, które zostały wykorzystane do zaprojektowania dwunastu powieści przeciwnowotworowych związków przeciwnowotworowych o wysokiej przewidywanej aktywności.