基于分子对接研究噻唑类似物对人类不同癌细胞系的抗增殖作用机制

2018-01-24 17:26:17 来源:源资科技市场部

新闻摘要:超氧化物歧化酶Orgotein (Superoxide Dismutase, SOD),别名肝蛋白、简称:SOD。SOD是保护细胞免受超氧自由基(O2-)诱导损伤的必需酶。 SOD抑制将促进癌细胞死亡。


一 研究背景
      超氧化物歧化酶Orgotein (Superoxide Dismutase, SOD),别名肝蛋白、简称:SOD。SOD是保护细胞免受超氧自由基(O2-)诱导损伤的必需酶。 SOD抑制将促进癌细胞死亡。

  细胞色素P-450 2A6(CYP2A6)是人CYP2A基因亚家族中CYP2A7和CYP2A13三个成员之一。它们的转录物(CYP2A6,CYP2A7和CYP2A13)已经在肝脏中发现, CYP2A6是丰富的形式。对CYP2A6的抑制可引起癌细胞的细胞毒性作用。

  本文是基于分子对接技术研究噻唑类似物对人类不同癌细胞系的抗增殖作用机制。


二 噻唑类药物对SOD和CYP2A6的对接研究
      基于Sybyl-X分子建模程序来进行噻唑类药物对SOD和CYP2A6的对接研究。Sybyl-X使用Surflex Dock执行其分子对接功能,辅助生成由虚拟原子组成的理想化活性位点(Protomol)以指导对接过程。基于原始配体生成对接口袋。SOD和CYP2A6的晶体结构均可从RCSB网站(www.rcsb.com)下载(PDB编码分别为2WZ6和2FDW)。存在于结构中的所有突变都被突变回野生型蛋白。

  细胞毒性试验表明,所测试的噻唑类似物5-乙酰基-4-甲基-2-(3-吡啶基)噻唑对使用到的细胞系都表现出相当大的细胞毒性。该化合物对肝癌细胞系(HEPG2)具有显着的细胞毒性选择性,IC50为23.8μg/ ml。该抑制活性值远低于化合物对结肠直肠癌(HCT116)和乳腺癌(MCF7)细胞系的抑制活性值,IC50值分别是50μg/ ml和>50μg/ ml。

  在对5-乙酰基-4-甲基-2-(3-吡啶基)噻唑进行相似性筛选时,发现该化合物与超氧化物歧化酶(SOD)和细胞色素P450 2A6(CYP2A6)的抑制剂(图1)具有很高的结构相似性。这与细胞毒性测定结果一致,因为SOD和CYP2A6在肝脏组织中更为丰富。将这些化合物对接到潜在靶标中以研究相互作用模式。

 

图1 测试的噻唑化合物(1),SOD喹唑啉抑制剂(Hasnain等,2010)(2)和CYP2A6抑制剂(Cashman等,2006)


2.1 噻唑类似物与SOD的对接研究
      对接研究表明,噻唑衍生物与Hasnain的2-三氟甲基-4喹唑啉衍生物具有相似的结合模式。Hasnain等人的研究表明三氟甲基是影响SOD抑制剂活性的重要基团,因为它与氨基酸Lys-30和Glu-100形成了一个小的疏水口破环了变构位点的构象。本文作者测试的噻唑配体上的吡啶基团也与Lys-30和Glu-100也形成了一个小的疏水口(图2)。

 

图2 (a)噻唑化合物与Lys-30和Glu-100形成了一个小的疏水口(b)噻唑化合物与Ser98形成的氢键(c)噻唑化合物与Trp32形成的π-π相互作用(d)噻唑化合物和SOD喹唑啉类抑制剂结晶结构的叠合

  为了评估的噻唑衍生物不同结构部分的重要性,用一些虚拟的噻唑衍生物进行对接研究,这些衍生物有的被加上了较大基团有的被截成了较小的基团(图3)。

 

图3 截断的噻唑衍生物(a)与加上了较大取代基的噻唑衍生物(b)与SOD的对接图


2.2 噻唑类似物与CYP2A6的对接研究
  CYP2A6利用血红素辅因子氧化其底物,其活性位点含有由Phe107, Phe111, Phe108, Phe209 and Phe480组成的Phe簇。在此区域,香豆素底物通过的氢键供体Asn297直接朝向选择性氧化位点。对接研究表明,CYP2A6与噻唑类似物以相似的方式进行结合(图4)。

 

图4 (a)噻唑化合物与Phe簇的相互作用(b)噻唑化合物与Asn29形成的氢键(c)与CYP2A6的血红素辅因子内部的金属阳离子结合(d)噻唑化合物和CYP2A6喹唑啉类抑制剂结晶结构的叠合

  为了评估测试的噻唑的结构特征对于抑制CYP2A6的重要性,针对SOD测试的相同亚组再次针对CYP2A6进行对接研究(图5)。

 

图5 截断的噻唑衍生物(a)与加上了较大取代基的噻唑衍生物(b)与CYP2A6的对接图


三 结论
      细胞毒性测试显示噻唑类似物对肝癌细胞系HEPG2具有显著的抗增殖作用(IC 50 =23.8μg/ ml),而抗增殖作用在结肠癌和乳腺癌细胞系中的表达能力相对较差(IC50 =50μg/ ml,IC50>50μg/ ml)。对接结果表明,噻唑类似物对肝中SOD和CYP2A6酶具有很高的亲和力。


四 总结
      噻唑类似物(5-乙酰基-4-甲基-2-(3-吡啶基)噻唑)是潜在的肝脏特异性抗癌剂,能够干扰凋亡信号传导途径和肝脏中的自由基加工,这给对肝脏的研究提供了更多的研究思路。


参考文献
Hatem K. Amin et. al. A Thiazole Analogue Exhibits an Anti-Proliferative Effect in Different Human Carcinoma Cell Lines and Its Mechanism Based on Molecular Modeling. Advances in Biological Chemistry, 2017, 7, 76-87.

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