ПРИМЕНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО ДОКИНГА ДЛЯ ПОИСКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ АГОНИСТОВ PPARβ/δ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 54.022

Минин Д.В., Попков С.В.

ПРИМЕНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО ДОКИНГА ДЛЯ ПОИСКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ АГОНИСТОВ PPARP/5

Минин Дмитрий Вячеславович - соискатель кафедры химии и технологии органического синтеза, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия; e-mail: [email protected]. Попков Сергей Владимирович - к.х.н., заведующий кафедрой химии и технологии органического синтеза, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия. ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.

Показано применение программно-аппаратного комплекса «Алгокомб» для расчета докинга в сайт связывания рецептора PPARfi/S на стадии in silico дизайна перспективных агонистов. Ключевые слова: агонисты, докинг, эндуробол, PPARfi/S, GW501516.

APPLICATION OF MOLECULAR DOCKING IN SEARCH OF PROMISING PPARB/5 AGONISTSTS

Minin D.V., Popkov S.V.

D. Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russian Federation

The application of the Algocomb hardware and software complex for calculating docking to the binding site of the PPARfi/S receptor at the in silico .stage of the design ofpromising agonists is shown. Keywords: docking, endurobol, GW501516, PPARfi/S-agonists.

Введение

В последние годы возрастает интерес к проблеме диабета и ожирения вследствие возрастающего числа больных этими недугами. Для борьбы с диабетом и метаболическим синдромом разрабатывается большое количество лекарственных средств, среди которых находят применение агонисты рецепторов, активируемые пероксисомными пролифераторами (PPARs) [1]. Одним из таких препаратов является синтезированный в 1990-х годах компанией GlaxoSmithKline эндуробол GW501516 (рис.1). Препарат показывал хорошие результаты в лабораторных тестах на крысах, в частности ускорял метаболизм жирных кислот в скелетных мышцах, а также защищал от ожирения и диабета второго типа. Однако позже выяснилось, что в больших дозах эндуробол вызывает быстрый рост раковых опухолей в печени [2].

hydrophobic tail linker aromatic ring polar head

Рис.1 Структурная формула эндуробола

Развитие информационных и программно-технологических средств позволяет in silico прогнозировать генотоксичность соединений с помощью модуля ACD/Percepta [ACD/Labs 2017. Build 2977. 30 Sep 2017], основанного на использовании данных краткосрочных тестов и SAR-

анализа (Structure-Activity Relationships). При анализе эндуробола было установлено, что наибольшую генотоксичность в молекулу вносит область линкера. Замена метилтиазольного фрагмента «linker» на другие, вероятно, позволит снизить генотоксичность и максимально сохранить биологические свойства молекулы.

Настоящая работа посвящена поиску соединений - аналогов эндуробола содержащих в своем составе различные гетероциклы и терминальные фрагменты в области «hydrophobic tail», с помощью молекулярного докинга.

Экспериментальная часть

При дизайне новых молекул за основу принимали известную конформацию рецептора с лидерным соединением PPARp/5:GW501516 из базы данных структур PDB (Protein Data Bank) под номером 5U46. Области «Polar Head» и «Aromatic ring» оставляли без изменений. Так как карбоксильная группа «Polar head» образует водородные связи в arm-1, а тиофенольный фрагмент в «Aromatic ring» идеально располагается в центре Y-образной полости рецептора (рис.2), изменяли метилтиазольное гетероциклическое кольцо GW501516 на различные гетероциклы. Для расчета метаболитов ациклическую серу в линкере последовательно окисляли до сульфоксида и сульфона. В области «Hydrophobic tail» в бензольное кольцо в орто, пара и мета - положения вводили различные терминальные фрагменты, такие как трифторметил-, трифторметоксигруппы, атомы хлора или брома.

Рис.2 Визуализация рецептора PPARß/ö c молекулой GW501516 с помощью программно-аппаратного комплекса «Алгокомб»

Для нескольких сотен соединений был проведен расчет докинга в сайт связывания белка PPARp/5 из комплекса с идентификатором 5u46 в базе данных Protein Data Bank (PDB)

[www.rcsb.org/structure/5U46]. Расчет проводили с помощью программно-аппаратного комплекса «Алгокомб», обладающего рядом уникальных особенностей, а именно: при оценке энергии

связывания белка с лигандом учитывается локальное сходство белкового окружения атомов лиганда с белок-лигандными комплексами из базы данных PDB и взаимодействия между атомами лиганда [3,4].

Найденное в результате расчетов положение GW501516 в сайте связывания PPARß/5 совпало с положением, известным из пространственной структуры комплекса 5u46 (рис. 2). Полярная группа (остаток уксусной кислоты) образует четыре водородные связи с аминокислотами His449, His232 и Tyr473. Фрагмент 2-метилфенил показал гидрофобные контакты с Ile326, Phe327, Cys285, His323 и His449. Фенильная группа в области «Tail» образует гидрофобные контакты с Leu330 и ILE333. Фрагмент трифторметилфенила в Y образном кармане связан гидрофобными взаимодействиями с Ile249, Leu255, Val 281, Arg284, Leu 339, Val341 и Val348. Соединение GW501516 за счет водородных и гидрофобных взаимодействий образует комплекс PPARß/5 с высокой энергией, которая в сумме равна -13.08473.

Были отобраны соединения, у которых значения энергии связывания комплекса с белком не отличались более, чем на ± 15 % по сравнению с GW501516. Дополнительно проводилась оценка амфифильности (log P) и гидрофильности (log Sw) сгенерированных молекул с помощью программы ACD/Percepta (Таблица 1).

Шифр

Таблица 1. Расчетные характеристики агонистов PPARp/ë, отобранные для дальнейшего синтеза и _экспериментальных исследований

Формула

Оценка Число Число связывания вращательных тяжелых с рецептором связей атомов РРАКр/8_

log P

Log Sw

f // у^^ v^o

-13.08473

8

30

6.29±0.62

-6.37

OHG

W501516 (эталонное соединение)

CH3 о

N—( //

M V

-12.31304

31

6.77±0.59

-5.36

3. F ,CH3 о N—/ // // \\ s о LA-o CH3 ^ oh -11.90559 8 32 4.73±0.63 -5.90

4. „VC F N=N CH3 r oh -11.83971 8 29 4.00±0.99 -4.65

5. F о N=N // CH3 -r oh -11.03192 8 30 4.47±0.94 -4.13

6. r\JT F N=N ° J о W: гЧ^О ch3 oh -11.01088 8 31 2.43±1.02 -3.96

7. XOJ N=N CH3 -f oh -11.93401 9 30 4.38±1.13 -4.76

о

F

8

о

о

F

Шифр

Формула

Оценка Число Число связывания вращательных тяжелых с рецептором связей атомов РРЛКр/8_

^ Р

Log

-11.52226

9

31

4.85±1.09

-4.16

9.

1 Г

_°н

-10.8936

27

4.83±0.69

-5.39

10. ^ Р"3 СНз

-10.8936

27

3.27±0.7

-4.69

11.

1 Г

-10.9934

27

5.01±0.72

-5.15

12.

1 „СНз

-10.9138

27

3.14±0.69

-4.53

13.

-10.8835

ОН

27

3.45±0.73

-4.18

СНз

14. ^ СН3

_°Н_

-10.8775

28

5.50±0.70

-5.18

15.

С|

Г1 сНз

-10.0592

30

3.94±0.70

-4.73

16.

-12.0222

30

5.12±0.71

-5.74

м ¡Г

17.

-11.4891

32

3.56±0.72

-5.04

18.

-12.23346

30

5.04±0.71

-5.74

3Л. Г

19.

-11.48326

31

3.17±0.69

-4.91

20.

-10.6007

32

3.48±0.72

-5.04

-■,пг о

-м /тл Г

21.

-11.97583

31

5.27±0.90

-5.76

22.

N-0

'/ .Б

Г

ОН

-10.1176

26

5.28±0.60

-5.81

23.

N-0

Л О ,3

-10.3205

Г

ОН

27

5.95±0.60

-6.07

24. // . .СНз

м о ^/^о

-9.5526

29

4.39±0.61

-5.74

С1

о

м=м //

г Г

3

О

С|

7

7

Вг

7

Вг

7

7

7

7

8

N

Г,С

О

О

N

8

N

Г. С

О

Г,С

8

N

О

О

N

N

ГзС

8

О

О

Г,С

8

N

N

Г,С—О

9

м

7

N

С1

О

7

N

С1

О

С1

7

О

Шифр Формула Оценка связывания с рецептором PPARp/8 Число вращательных связей Число тяжелых атомов log P Log Sw

25. N-O .¿y^-c ,CH3 Co V OH -11.6605 8 29 5.48±0.61 -6.21

26. N-O ,CHe lo Y OH -11.5517 9 30 5.72±0.86 -6.2

27. ^ ,N~O „,снз

-10.5477

32

4.16±0.86

-5.77

9

o

Заключение

Было установлено, что при замене метилтиазольного фрагмента на 1,2,3 -триазольный, метил-1,2,4-триазольный и 1,2,4-оксадиазольный энергия связывания с рецептором уменьшается незначительно на две единицы до -11.2942±0.4726, -11.4411±0.8175 и -11.1549±0.4379 по сравнению с GW501516, что делает данные структуры наиболее привлекательными в качестве агонистов PPARp/5. При сравнении терминальных фрагментов наибольшее значение энергии показал 4-трифторметильный радикал, далее с уменьшением энергии в ряду 4-трифторметокси и 3-трифторметил радикалы. Соединения, содержащие 4-хлор, 3,4-дихлор, 4-бром заместители показали практически одинаковые значения энергии комплекса с белком. Среди соединений, отличающихся состоянием окисления серы, больших отличий по оценке связывания не наблюдается. Данные соединения синтезированы и в дальнейшем будет оценено их сродство к рецептору РРЛЯр/5 методом поверхностного плазмонного резонанса.

Авторы выражают благодарность Лизунову А.Ю и Зайцевой Н.И. за помощь в проведении докинга.

Список литературы

1. Sahebkar A., Chew G.T., Watts G.F. New peroxisome proliferator-activated receptor agonists: potential treatments for atherogenic dyslipidemia and non-alcoholic fatty liver disease // Expert Opin. Pharmacother. - 2014. - Vol. 15. - №. 4. - P. 493 - 503.

2. Maltarollo V. G., Kronenberger T., Windshtigel B., Wrenger C., Trossini G. H., Honorio K. M. Advances and challenges in drug design of PPAR5 ligands // Curr. Drug Targets. - 2018. - Vol. 19. - №. 2. - P. 144 - 154.

3. Лизунов А.Ю., Зайцева Н.И., Зосимов В.В. Учет взаимодействий между атомами лиганда в задаче докинга с помощью потенциала усредненных энергий // Труды МФТИ. - 2014. - Т.6. - № 1. - С. 54 - 65.

4. Ramensky V., Sobol A., Zaitseva N., Rubinov A., Zosimov V. A novel approach to local similarity of protein binding sites substantially improves computational drug design results // Proteins. - 2007. -Vol. 69. - № 2. - P. 349 -357.