文摘
的抗癌研究nitrogen-chelating配体可以极大的帮助在选择抗癌金属配合物的配体设计尤其是钌(II)。的抑制抗癌活动包含bis-pyrazole nitrogen-chelating配体,研究了关于环,邻二氮杂菲对癌细胞和理论对接使用实验筛选方法。在体外抗癌活性显示复合11最有前途的抑制剂,计算对接进一步表明其强烈的抑制活动对一些癌症相关的受体。21模仿配体中,pyrazole-based化合物7,11,15是最有前途的抑制剂对选中的受体紧随其后的是吗18和21分别衍生品的吡啶、邻二氮杂菲。羧基的存在单位的前五名对选定的受体配体,显示更强的抑制活动说明共价相互作用,如氢键的形成和一个强大的吸电子集团在这些化合物为他们的受体的相互作用是非常重要的。热力学性质、极化率,LUMO能量的化合物在同一个模式作为观察到抑制活动。
1。介绍
Nitrogen-chelating配体如bis-pyrazole (pz),关于(bpyr)和邻二氮杂菲(phn)衍生品使用几个金属配合物的设计范围的应用程序从生物纳米材料,特别是抗癌钌的配合物的发展1- - - - - -19]。其他研究已经表明,这些nitrogen-chelating化合物抗癌实验观察到活动中扮演重要的角色(20.]可能归因于金属中心和电子之间的相互作用π电子在环21- - - - - -23]。然而,尽管这些nitrogen-chelating配体的使用在抗癌金属配合物的设计,有很少或根本没有单独关注这些配体的抗癌活性。为此,我们选择了一些常见的衍生品nitrogen-chelating配体,如图1研究个人抗癌活动特别关注他们与癌症相关的受体使用各种交互对接方法。我们也试验报告在体外抗癌活性的一些配体。
选中的受体用于对接研究碳酸酐酶II (CA-II),组织蛋白酶B(猫B) (24),两种不同的dna(基因[25)和DNA-2), DNA促旋酶(促旋酶)26),组蛋白deacetylase7 (HDAC7) [27),组蛋白蛋白质的核小体核心粒子(他的)28),BRAF激酶(激酶)29日),重组白蛋白(rHA) [30.),核苷酸还原酶(RNR) [31日拓扑异构酶2],(II) [32),硫氧还蛋白还原酶(TrxR) [33],thymidylate合成酶(TS) [34]。这些受体肿瘤生长中扮演重要的角色,因此癌症治疗的一个独特的目标。例如,rHA扮演了一个重要的角色在药代动力学可用性、生物利用度,和毒理学35),有助于在交付使用的金属抗癌药物细胞处于待发状态目标或他们在达到目标之前(s) (36]。RNR负责相应的构建块的DNA合成的RNA (37]。顶级II中扮演着重要角色在放松的超螺旋DNA复制和转录没有抑制剂(38),而存在的抑制剂与酶形成一个稳定的复杂使其从DNA乳沟39]。硫氧还蛋白还原酶(TrxR)调节细胞还原/氧化(还原)状态40,41]。Thymidylate合成酶(TS)是一个关键酶在维护一个平衡供应所需的deoxynucleotides DNA合成和修复(42]。化疗的目标测试的脆弱性的抑制癌细胞TMP合成(37]。促旋酶被认为是建立可能的双重角色配体作为潜在的抗菌药物。
2。配体的合成和结构说明
这些配体的合成和小心结构说明已报告在我们之前的工作43- - - - - -45]。
3所示。实验方法
的在体外抗癌活性配体对癌症细胞系HT29和正常细胞系KMST检查使用MTT比色测定。受体的配体在对接前都是第一次优化DFT功能PBEPBE [46)和基础设置6-31 + G (d, p)对所有原子使用高斯09年的包(47]。对接分析进行了使用Molegro [48]和维纳AutoDock [49)包。每个配体与受体的对接做了五次:两次Molegro首先使用量子马利肯原子电荷原子的配位体(后来称为Molegro-QC)和第二次使用的预测原子电荷Molegro包(称为Molegro)。一次在七弦琴包使用预测原子电荷从AutoDock工具和两次AutoDock使用QM指控(AutoDock-QC)和package-predicted原子电荷(AutoDock)在Molegro完成。
七弦琴对接包中使用的默认参数,但却缺乏修改Molegro AutoDock对接。得分函数用于Molegro MolDock是因为它负责的氢键,分子间蛋白质配体,分子内配位体的相互作用和分子对接已成功申请50]。最大的交互的默认值设置为2500,而不是1500年,人口数量增加50到100的默认值。在使用AutoDock,网格点的数量x -,y -,z相互重合是设置为60×60×60每点0.375隔开。拉马克学说的遗传算法选择基于其效率和可靠性与他人相比模拟退火(SA)和通用的遗传算法(GA)方法在AutoDock [51,52]。能源评估的最大数量设置为2500000的20个独立运行,最大数量27000 GA操作生成在一个100人口的个人,和2步大小的翻译和50°旋转被选出。
所有的对接结果的图形化表达准备使用包嵌合体[53]。
4所示。结果与讨论
21个配体是模仿组成15 bis-pyrazole模型,三种模型关于环(bpyr),和三个模型邻二氮杂菲(phn)(图1)。六个模型化合物的筛选来确定他们的在体外抗癌活动,他们的研究结果发表在表1。的在体外测试这些配体的活动对癌症细胞系HT29和正常细胞行KMST使用MTT比色测定。结果清楚表明六配体构成任何威胁到正常细胞株抑制活动(IC50)KMST大于50μ如表所示1。配体11和14是最有效的(< 6.25毫米)对癌症细胞系HT29,而配体12是最不活跃。同样,相同的配体11被发现的三个最佳选择的受体的抑制剂对接结果(表吗2)。
4.1。的结合位点预测化合物的对接方法
不同的对接方法的结果和包:Molegro-QC(灰色),Molegro(绿色)、维纳(棕色),AutoDock-QC(黄色),和AutoDock(青色),如图所示2。的特点使用不同的配体与受体相互作用的对接方法是相似的。在大多数的受体,通过对接方法结合位点是位于相同,和构象方向非常相似的配体结合位点预测发现互相重叠(图2)。配体11和15有类似的绑定在CA-II取向,猫B, HDAC7基于结合位点相互作用的结果。复合11是感兴趣的,因为它显示了有前途的抗癌活动吗在体外和配体15预测是最好的许多受体抑制剂的结果显示Molegro-QC Molegro。之间的相互作用11CA-II显示所有化合物的对接方法给类似的方向除了Molegro-QC(灰色),在取向(图略有不同2)。
方向从Molegro-QC(灰色)给最好的能源相比(表进行交互2)。之间的相互作用15CA-II,所有的方法定位相同的配体结合位点,给类似的方向除了维纳(棕色),定位不同的结合位点与他人相比。的Molegro-QC和Molegro取向15叠加和同样AutoDock AutoDock-QC。所有的五个方法除了七弦琴还找到相同的结合位点的相互作用11与猫B, AutoDock预测被发现与Molegro-QC和Molegro叠加。获得的结果从AutoDock预测不同的结合位点的相互作用15猫B,而所有其他方法预测其绑定相同的网站。另一个感兴趣的受体是HDAC7强烈抑制活动显示11和15。HDAC7预测是其中最目标受体的配体从Molegro-QC和Molegro根据获得的结果。维纳定位完全不同的结合位点的相互作用11与HDAC7相比其他方法。的结合位点取向11七弦琴的方法除了非常类似于与AutoDock Molegro-QC完全重叠。所有方法预测类似的配体结合位点定位15,其中Molegro-QC和Molegro方向发现叠加和近距离取向与维纳和AutoDock-QC,不同于AutoDock。之间有显著性差异的结果AutoDock-QC和AutoDock方法的配体与受体相互作用的特性变化的只是因为原子电荷的准确性。的相关性的结果AutoDock-QC AutoDock范围从−0.32到0.46,而Molegro-QC和Molegro范围从0.96到1.00。很明显,原子电荷的准确性起着非常强大的作用的测定配体与受体的交互使用AutoDock时尤其如此。结果表明,从比不一致的原因,AutoDock-DC,和AutoDock可以归因于不同的结合位点预测的配体与受体的相互作用,而高一致性和相似性得到Molegro-QC Molegro因为他们都一样的结合位点预测共晶受体的抑制剂。此外,差异中的抑制能量从AutoDock方法获得的许多标准误差范围内的配体是∼2.177千卡/摩尔(43,44),使订单来自AutoDock不可靠。
4.2。抑制活动
的配体7,11,15有最好的抑制活动对许多受体根据Molegro-QC获得的结果和Molegro(表吗2和图3)。除了前三个bis-pyrazole配体,下一个有前途的配体与受体选择的交互18和21bpyr和phn的化合物。所有有前途的配体所具有的共同特征是羧酸根的预测来提高非共价相互作用,如氢键和扮演的角色电子撤回。因为这两种方法的结果Molegro-QC和Molegro高度相关(0.96到1.00),然后使用Molegro-QC受体配体相互作用的分析7,11,15。虽然在许多的配体与受体相互作用,AutoDock七弦琴,给类似的交互特性,配体的排名根据他们的抑制作用是模糊的。已经指出,有一个好的排名在AutoDock∼2.177千卡/摩尔的误差值(43,44必须考虑,这使得AutoDock排名不适合这些配体,因为不同的相互作用的能量更低。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
三个最好的抑制剂在所有的模型化合物bis-pyrazole-based化合物7,11,15(图3)。这三个配体的结合位点相互作用的受体在图所示4,而每个化合物的相互作用7,11,15每个受体补充图所示S1。在大多数的受体,这三个化合物7(灰色)11(绿色)15(黄色)发现聚类在同一点,分享共同的角度与受体交互CA-II,猫B, DNA-2,促旋酶,HDAC7,他激酶,rHA, RNR,二世和TS(图4)。这些常见的交互特性的少数例外受体基因和TrxR(图4)。不同的结合位点预测的相互作用11基因,7和15内槽交互的交互吗11槽。此外,结合位点预测11分开的一个预测吗7和15在受体TrxR。在所有的尤其是对受体交互7和15,预测结合位点是一样的共晶的结合位点抑制剂除了三个配体的受体DNA-2绑定到一个槽外的约束力的共晶的表面独联体-platin。
受体相互作用的三个最有前途的化合物7,11,15遵循不同的顺序基于受体的偏好。在HDAC7抑制活动的顺序,激酶,rHA, RNR TrxR, TS15>7>11,而他们遵循的顺序7>5>11在他们与CA-II互动,猫B,顶部。之间的相互作用11被发现比这更好的7与基因、促旋酶和他的订单15>11>7,而且,抑制活性11针对DNA-2高于7和15的顺序11>15>7。存在多个羧基的单位7和15相比11导致更多的HB(表的交互3),这也可能是负责他们相比更大的抑制活动11在许多的受体。配体的HB交互的数量11在大多数受体范围从0到2除了第二受体上,TrxR, TS,他们的结合位点残留支持更多的氢键相互作用与配体(表3和图S1)。
4.3。分子性质的化合物
模型化合物的分子性质如表所示4。化合物13和14推导值最高,而13和21有最低的带隙,但14和21偶极子最高。配体的推导遵循的顺序13>14>12>21。这四个配体可能是有用的作为非线性光学材料的构建块,但只有配体21出现5抑制剂获得最好的对接结果。为了研究分子性质的变化可能造成的影响,在对接与受体的相互作用,化合物的分子性质相关的对接结果Molegro-QC方法。
所有的热力学能量、零能源、热能、焓、吉布斯自由能的复合对接的相关范围的0.92到0.98的结果。此外,简历和高度与抑制熵值的化合物范围−0.90−0.96 CV和−0.92−0.97熵。除了热力学性质,其他属性显示高度相关受体的抑制活动是他们的极化率(范围从0.74到0.90)和极化率W(范围从0.78到0.93)。LUMO等计算属性(0.46到0.64),差距(0.32到0.60),忧郁(−0.20−0.40),和偶极子(−0.22−0.37)相关性非常低(括号中所示)。人类的贫穷与绑定活动相关的配体从0.00到0.18不等。更好的相关性的LUMO受体相互作用进一步支持的假设下的LUMO能量抑制剂越容易重叠的人类DNA (54]。然而,其他因素,如配体的疏水性和电子效应抑制活动中扮演重要的角色(54]。
5。结论
氮的抑制势捐赠者与十二个癌症相关受体配体的互动使用对接方法进行了研究。21岁的导数nitrogen-chelating配体组成的15吡唑,三个关于环,三个邻二氮杂菲衍生物模仿。此外,实验在体外抗癌活性的六配体5,6,9,11,12,14对癌症细胞系HT29进行了讨论。的结果在体外研究表明,配体11和14其他配体相比是最活跃的。在这两个中,只有配体11显示承诺对所选受体抑制活动。许多受体,不同的对接方法定位类似的结合位点和类似的配位体取向。配体与受体相互作用的顺序使用七弦琴,AutoDock-DC, AutoDock是不一致的,因为他们找到不同的结合位点在很多情况下,他们的能量差也是AutoDock标准误差的范围内(2.177∼千卡每摩尔),而订单从Molegro-QC Molegro高度一致和相似。
结果从Molegro-QC Molegro显示7,11,15有更好的抑制活动对许多受体和类似的互动角度CA-II,猫B, DNA-2,促旋酶,HDAC7,他激酶,rHA, RNR,二世和TS。这是一个证据,他们有共同的残渣交互在每个受体的结合位点。三个最有前途的配体的受体相互作用7,11,15遵循不同的顺序基于受体的偏好。除了这三个,18和21关于环和邻二氮杂菲也显示半个承诺与许多受体。最常见的功能最好的五个抑制剂是羧基的单位,这表明羧基单位提高结合位点相互作用的配体通过形成更强的HB与受体相互作用残留。的热力学性质与对接结果高度相关配体的抑制活动。其他分子性质,有很高的相关性与配体的极化率抑制活动。配体的LUMO显示了良好的相关性与受体结合互动,进一步支持的假设下的LUMO能量抑制剂越容易重叠的人类DNA。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者欣然承认沙索公司的财政支持和ESKOM TESP,南非。作者也欣然承认南非共和国的采集提供G09和计算设备。
补充材料
图S1:三种配体结合位点相互作用7(灰色)11(绿色)15(黄色)与受体(水平)。(补充材料)