CoMFA, CoMSIA, HQSAR och molekylär Dockningsanalys av Jononbaserade Kalkonderivat som Antiprostatacanceraktivitet | Jiotower

resultat och diskussion

de 2-15, 16-22, 16-22 och 4-hydroxi-23-43 visade avsevärd cytotoxicitet i LNCaP-cellinjen som antiprostataktivitet (tabell 1). Förening 25 var mest potent; 5, 11, 34, 39 och 40 var måttliga och 9, 17, 21 och 30 var minst aktiva jononbaserade kalkonföreningar jämfört med moderanalog 25 som har elektronuttagande grupp vid metapositionen. Vid förskjutning av-CF3 från metapositionen till para-positionen(6, 18 och 26) eller eliminering av-CF3 med –NO2 (11, 21 och 40), –F(9 och 30) har elektrondonerande grupp-CH3 (14, 22 och 38) väsentligt försvagat cytotoxiciteten i prostatacancerceller jämfört med förening 25.

med användning av serien av jononbaserade chalcones-derivat som har antiprostatacanceraktivitet härleddes 3D-QSAR-modeller. CoMFA-och CoMSIA-modellerna utvecklades med hjälp av vanligt understrukturbaserat baserat anpassningsschema. Under 3D-QSAR-analyser valde vi 10 föreningar som testuppsättning för modellvalidering (1, 12, 13, 15, 16, 20, 27, 33, 39 och 43) och återstående i träningsuppsättning valdes med mångfaldsmetod på ett sådant sätt att den strukturella mångfalden och det breda utbudet av biologisk aktivitet i datamängden tillsattes. Strukturerna för föreningar som används i träning och testuppsättning visas i Tabell 1.

resultaten av PLS-statistiska analyser för inriktningsmetoderna sammanfattas i Tabell 2. CoMFA-statistiska modellen med användning av steriska och elektrostatiska bidragsfält var 30,1% respektive 69,9%, gav en korsvaliderad korrelationskoefficient (q2) på 0,527, icke-korsvaliderad korrelationskoefficient (r2) på 0,636, f-värde på 34,902, låg standardfeluppskattning (se) på 0,236 med ett optimalt antal komponenter 2 och Pred r2 på 0,621 erhölls. De förutsagda aktiviteterna för inhibitorerna tillsammans med experimentella aktiviteter och restvärden listas i tabell 3. Scatter-diagrammet för de faktiska pIC50 kontra förutsagda pIC50-värdena för tränings-och testuppsättningarna visas i fig. 2a. aktiviteter som förutses av CoMFA-modellen överensstämmer med experimentdata. PLS-analys och förutsagda aktiviteter tyder på att en pålitlig CoMFA-modell utvecklades.

tabell 3

förutsagt och restvärde för COMFA, COMSIA och HQSAR relationsmodell

i CoMSIA-analys beräknades hydrofoba, vätebindningsdonator-och vätebindningsacceptorfält utöver steriska och elektrostatiska fält. En kombination av olika fält användes för att uppnå optimalt resultat. Använda föreningar av träningsuppsättningen och en kombination av steriska, elektrostatiska och vätebindningsacceptorfält; en modell med korsvaliderad korrelationskoefficient (q2) på 0,550, icke-korsvaliderad korrelationskoefficient (r2) på 0,671, F-värde på 26,581, låg standardfeluppskattning (se) på 0.257 med en optimerad komponent av 2 och Pred r2 av 0,563 erhölls. Fältbidragen från steriska, elektrostatiska hydrofoba, vätebindningsdonator-och vätebindningsacceptorfält var 0,036, 0,437, 0,090, 0,296 respektive 0,141.

de statistiska parametrarna sammanfattas i Tabell 2. De förutsagda och experimentella aktiviteterna för hämmare med deras rester listas i tabell 3 och scatter-diagrammet för de faktiska pIC50 kontra förutsagda pIC50-värdena för tränings-och testuppsättningarna visas i fig. 2b. De förutsagda aktiviteterna överensstämmer med experimentella data, vilket indikerar att en pålitlig CoMSIA-modell utvecklades.

3D-koefficientkonturkartor genererades för att visualisera resultaten från 3d-QSAR-modellerna. CoMFA-och CoMSIA-resultaten tolkades grafiskt av fältbidragskartorna med hjälp av fälttypen STDEV*COEFF. Konturkartorna över CoMFA (sterisk och elektrostatisk) och CoMSIA (sterisk, elektrostatisk, hydrofob, vätebindningsdonator och acceptorfält) visas i fig. Fig.33 respektive and4, 4. Förening 25 märktes och visas på kartan med hjälp av visualisering.

konturkartor för CoMFA modell.

konturkartor av förening 25 för CoMFA modell (A) steric och (b) elektrostatisk.

konturkartor för CoMSIA modell.

konturkartor för förening 25 för CoMSIA-modell (A) sterisk, (b) elektrostatisk, (c) hydrofob, (d) vätedonator och (e) väteacceptorkonturkartor för förening 25.

i fig. 3a, konturkartan för steric field of CoMFA-modellen, en stor grön konturpolyeder som ligger runt hydroxigruppen föreslog att lämpligt skrymmande grupper hade gynnsamma steriska interaktioner. Detta kan vara anledningen till att föreningar med-CF3-substituent (5, 7, 25, 28, 32 och 34) i R3-regionen visade potent antiprostata canceraktivitet än molekyler med och utan någon substituent vid denna speciella position R3. Två gula färgkonturer indikerade att skrymmande grupper var steriska ogynnsamma i denna riktning eftersom sterisk kollision kan uppstå. En liten grön kontur bredvid ringen överensstämde med den lätta ökningen av aktiviteten.

den elektrostatiska konturkartan för CoMFA-modellen kan ses tydligt från fig. 3b. De blå konturerna indikerar att elektropositiva substituenter skulle öka AR-antagonistaktiviteten med protein, medan röd färg indikerar att de borde vara de elektronrika grupperna minskade. Eftersom de röda konturerna hittades nära hydroxigruppen av förening 25, som är en elektronrik funktionalitet och därmed uppvisar hög ar-antprostatcanceraktivitet.

comsia-modellens steriska och elektrostatiska konturer liknade CoMFA-konturerna fig. 4. I steric-fältet fanns dock en grön färg och blå färg gynnas medan den gula och röda färgen är missgynnad nära den funktionella gruppen. Gul färg under fenylringen visar kravet på mindre skrymmande substituenter, medan nära den cykliska ringen grönfärgad föredragen för skrymmande substituenter (fig. 4a). För elektrostatisk blåfärgad nära fenylringen visar att elektrondonationsgrupp krävs vid den positionen. Denna konturkarta liknade CoMFA-modellen. När det gäller det elektrostatiska fältet var de huvudsakliga blå och röda polyedererna liknande med den i CoMFA-modellen (fig. 4b).

i den hydrofoba interaktionen visar gul färg att fenylringen är aktiv och bidrar till lipofiliciteten, medan vitfärgad nära omättad cyklisk ring missgynnar lipofiliciteten (fig. 4c). I vätebindningsdonatorns interaktionsanalys visar cyan och lila färgade att gynna och missgynna naturen med avseende på biologisk aktivitet nära omättad cyklisk ring (fig. 4d). I vätebindningsacceptorinteraktionsstudien missgynnade rödfärgad acceptorgruppen fäst med omättad ring och bidrog mindre i den biologiska aktiviteten medan magenta färg nära omättad cyklisk ring gynnar biologisk aktivitet fig. 4e.

hqsar-analyser utfördes genom screening av 12 standardserier av hologramlängdvärden som sträcker sig från 53-401 fack, initialt med användning av fragmentstorleksstandarden (4-7) på olika distinkta fragment som A/B/C, A/B/H, 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 och a/c/h/ch/da. Mönstren för fragmenträkning från träningsuppsättningshämmarna var relaterade till den experimentella biologiska aktiviteten med användning av PLS-analys. Den bästa statistiska parametern erhölls från PLS-analyser med A/B / C. Påverkan av fragmentstorlek är av grundläggande betydelse vid generering av HQSAR-modeller, eftersom denna parameter styr minsta och maximala längder av fragment som ska kodas i hologramfingeravtrycket.

den statistiska hqsar-modellen genererad med standardfragmentstorlek (4-7) med fragment distinkt (A/B/C) gav en korsvaliderad korrelationskoefficient (q2) på 0,670, icke-korsvaliderad korrelationskoefficient (r2) på 0,746, låg standardfeluppskattning (se) på 0,203 med en optimerad komponent på 4 och Pred r2 på 0,732 erhölls (Tabell 4). Således var hqsar-modellen som erhölls här pålitlig. De prediktiva och återstående pIC50-värdena för data baserat på hqsar-modellen listas i tabell 3. Scatter-diagrammet för de faktiska pIC50 kontra förutsagda pIC50-värdena för tränings-och testuppsättningarna visas i fig. 5.

korrelation plot av HQSAR.

korrelation mellan de experimentella och förutsagda aktiviteterna i HQSAR-modellen. 6-utbildning set, xnumx-test set.

tabell 4

resultat av HOLOGRAM kvantitativ struktur aktivitet relation analyser på de viktigaste statistiska parametrar med hjälp av FRAGMENT storlek Standard

HQSAR ger grafiskt information om atom-eller fragmentbidrag till aktiviteterna som olika färger. Färgerna i den gröna änden (gul, grön-blå och grön) återspeglar positivt bidrag, färger i den röda änden av spektrumet (röd, röd-orange och orange) återspeglar negativt bidrag och neutrala bidrag är färgade i vitt. De mest aktiva molekylära fragmenten av förening 25, mest potenta antiprostata cancerförening av datamängden visas i fig. 6. Enligt bidragskartorna är de molekylära fragmenten som motsvarar den omättade ringen starkt relaterade till biologisk affinitet vid C1, C2 och C6 (färgad i grönt och gult).

hqsar konturkarta för förening 25.

de regioner som negativt bidrar till biologisk aktivitet inkluderar metylgruppen bunden till fenylring vid R3 och fann också att de elektrondonerande grupperna minskar aktiviteten och kan ersättas med elektronuttagande substituenter med olika strukturella och fysikalisk-kemiska egenskaper i syfte att öka affiniteten och styrkan hos de föreningar som studerats i detta arbete.

de prediktiva krafterna för CoMFA-och CoMSIA-modellerna validerades av den externa testuppsättningen av 14 föreningar. De förutsagda pIC50-värdena för testföreningarna överensstämmer med experimentdata inom ett acceptabelt felområde. R2 pred-värdena beräknades vara 0,621 respektive 0,563 för CoMFA-respektive CoMSIA-modeller. En testuppsättning av 10 föreningar uteslutna från konstruktionen av 3D-QSAR-modeller användes för att ytterligare validera den prediktiva förmågan hos de erhållna modellerna. Korrelationskoefficienten r2 (r2 pred) för CoMFA-och CoMSIA-modellerna var 0,621 respektive 0,563, vilket indikerar en god prediktiv förmåga. Extern validering med Tropshas valideringsmetoder utfördes för att ytterligare bedöma den prediktiva förmågan hos CoMFA-och CoMSIA-modellerna. Denna validering utfördes med användning av de 10 testuppsättningsföreningarna som inte ingår i utvecklingen av modellen. CoMFA-och CoMSIA-modellerna uppfyllde följande villkor (i) q2=0,53>0,50; (ii) r2=0,64>0,60 och (i) q2=0,55>0,50; (ii) r2=0,67>0,60.

restvärdet erhållet från observerade och förutsagda aktiviteter för träning och test som fastställts av bästa CoMFA (SE), CoMSIA (SEHDA) och HQSAR-modellen (A/B/C). Den anslutna hqsar-modellen visade god extern prediktiv förmåga i jämförelse med CoMFA-modellen och CoMSIA-modellerna för den externa testuppsättningen. Dessa statistiska resultat för testuppsättningsmolekylerna ger kraftfull verifiering att CoMFA -, CoMSIA-och HQSAR-modellerna så härledda kan förutsäga väl Anti-prostataaktiviteten hos strukturellt varierad datamängd. Valideringsresultaten indikerar att de härledda 3D-QSAR-modellerna kan användas för att förutsäga de hämmande aktiviteterna och att utforma jononbaserade chalkoner i LNCaP-cellinjen som antiprostataktivitet.

dockning användes för att utforska bindningsläget mellan dessa jononbaserade kalkonderivat och androgenreceptorproteinhämmaren 5-sackarios dihydrotestosteron (protomol) plats, för att undersöka stabiliteten hos QSAR-modeller som tidigare genererades.

vi valde den mest potenta föreningen 25 i dockningsexperimentet för att utföra den djupare dockningsanalysen. Enligt den bästa dockningskonformationen av den mest potenta föreningen 25 –CF3 vid R3 etablerade nyckelinteraktion med THR 877 fungerade fluoratomen som en vätebindningsacceptor och bildade H-bindningar med –H-atomen i THR 877. Thr 877-aminosyran krävdes för tillväxten av androgenreceptorn. Den erforderliga thr 877-aminosyrainhiberingen uppnåddes med den funktionella gruppen-NH2 av de jononbaserade chalcones-derivaten. – OH-gruppen verkade för involverad i ett nät av både vätebindningsacceptor och vätebindningsdonatorinteraktion. Den Oxy of-OH bildade vätedonatorinteraktionen med NH2 av ARG 752; – OH av H-atom skapade vätebindningsdonatorinteraktion med oxy av GLN 711 aminosyra och dockningspoäng befanns vara -3,183 kcal/mol (fig. 7a).

bindande konformationer av föreningen 25 med receptorn.

bindande konformationer av föreningen 25 (A) vid hämmarbindningsstället för androgenreceptorn (PDB-kod 1t65), (b) mer insikt om dockningsanalys med en MOLCAD lipofil potentialbindning, (c) elektrostatisk potential och (d) kavitetsdjup.

för att visualisera det sekundära strukturelementet i bindningen applicerades MOLCAD med inhibitorstället. I mest aktiva förening 25, aromatisk ring närvarande på den lilla elektrostatiska potentialen, i mycket lipofil region och i djupare hålighet. R3-delen hänger på den lilla elektrostatiska potentialregionen, den lilla lipofila regionen och den övre regionen av kavitetsdjupet. MOLCAD-ytan på inhibitor 5-sackios dihydrotestosteron (DHT) bindningsställe skapades som protomol och karta visas med elektrostatisk potential (EP) för att undersöka och validera CoMFA elektrostatisk konturkarta.

MOLCAD-ytan på DHT skapades också och visades med lipofil potential (LP) för att undersöka CoMSIA hydrofob konturkarta (fig. 7b). Rampen för LP visar från rött (lipofilt område) till blått (hydrofilt område) färg för att undersöka CoMSIA konturer karta. R3-sidokedjan och alifatisk kedja var i grön och R3-aromatisk fenylring i rött område, vilket föreslog att små hydrofoba respektive mer hydrofoba grupper skulle öka styrkan.

EP contour map-bindningsaffiniteten bekräftade och validerar CoMFA-modellen fig. 7c. dockning av förening 25 in i DHT-platsen; den röda färgen visar elektronuttagsområdet och lila färg visar elektrondoneringsområdet. Observationerna från fig. 7 signifikant relaterade de av CoMFA elektrostatisk konturkarta. I detalj var R3-regionen i den blå regionen, vilket föreslog att en elektronuttagande substituent skulle vara gynnsam; r4, R5-positionen var i en röd region, vilket indikerade att elektrondonerande grupper kan förbättra styrkan.

färgrampen för kavitetsdjup sträcker sig från orange (högsta kavitetsdjup) till blått (lägsta kavitetsdjup). Sidokedjan R3 (- CF3) var i den bruna färgen, vilket rekommenderade att en del i djupare kavitetsregiongrupper skulle öka styrkan; fenyl, – C = O och C1 av omättad ring var i en blå färg som visade regionen av övre hålighet (fig. 7d).

det viktiga nyckelfyndet erhållet från CoMFA, CoMSIA, HQSAR och dockning interaktionsanalys främjar oss att föreslå några nya antiprostatacancerföreningar. Molekylmodelleringsanalysen gav adekvat information om de strukturella kraven för förbättrad antiprostataktivitet. Comfa -, CoMSIA-och HQSAR-konturernas bidragskartor hjälper oss att optimera den tillgängliga ställningen. Dessutom uppskattade dockning bindningsaffiniteten hos den mest aktiva föreningen. Baserat på den molekylära modelleringsrekommendationen i detalj, mindre skrymmande, elektronuttag, elektrondonering, vätebindningsdonator och acceptorgrupper vid R2-positionen förbättrar aktiviteten; skrymmande, elektronuttag och hydrofob substituent gynnas vid R3; och mindre, färre skrymmande substituenter vid R4, R5 och R6 assistans potens genom CoMFA och CoMSIA. Dessutom rekommenderar HQSAR att omättad och länkad alifatisk sidokedja visade positivt bidrag. Gruppen-CF3 och-OH var nödvändiga för bindning till inhibitorsstället (protomol). Struktur-aktivitetsförhållandet som utforskas av denna studie presenteras i fig. 8. Baserat på detta förslag designade vi en serie nya antiprostatmolekyler. Dessa utformade molekyler justerades i databasen genom align databasmodul, och deras pIC50-värden förutspåddes av de tidigare etablerade CoMFA -, CoMSIA -, Hqsar-modellerna och dockningspoängen.

struktur-aktivitetsförhållande avslöjat av QSAR och dockning.

EW: Elektronuttag; ED: elektrondonering.

enligt förutsägelserna, tolv strukturer av nydesignade derivat, förutsagda pIC50 värden deras och docka poäng visas i Tabell 5, de flesta av de utformade derivaten visade bättre potenser men föreningarna S6 och S9, som var de mest aktiva derivaten i databasen och verifieras i jämförelse med förening 25. Dessa resultat bekräftar förhållandet mellan struktur och aktivitet som erhållits från QSAR-och dockningsstudier, vi trodde att de designade molekylerna som testades av oss ger antiprostatacancer och förblir leder till kommande forskning.

tabell 5

förutspådda PIC50-värden och DOCKNINGSPOÄNG för nydesignade ANTIPROSTATADERIVAT

i den föreliggande studien har QSAR-analys och dockning tillämpats på en uppsättning jononbaserade chalcones-derivat. De genererade modellerna har bekräftat att de är statistiskt exakta med högre q2 och r2. Molekylära modelleringsmetoder utfördes för att förstå de strukturella egenskaperna som är ansvariga för ligandernas affinitet för AR. De skrymmande, negativt laddade substituenterna och h-bindningsacceptorerna vid R2, R3, R4, R5 och R6-positionen skulle öka aktiviteten; substitutionen vid fenylpositionen är mycket viktig för förbättrad aktivitet. Den hydrofoba substituenten vid länkarens position skulle öka aktiviteten. Cyliska ringar på båda sidor av jononbaserade chalcones-derivat krävs för cytotoxisk av AR-antagonist. Här spelar den hydrofoba egenskapen hos fenylring en nyckelroll i anti-prostatacanceraktiviteterna. Dessa resultat gav viktiga ledtrådar som användes för att designa tolv romaner Anti-prostatacancer föreningar med hög förutsagd aktivitet.