Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các liệu pháp nCoV-19 sử dụng các dẫn xuất cấu trúc của cucurbitacin I: một cách tiếp cận in silico
Tóm tắt
Cucurbitacins xuất hiện trong một số loại rau củ phổ biến như là các hợp chất chuyển hóa thứ cấp và được cây sử dụng để chống lại các vi sinh vật có hại. Việc khám phá khả năng của các chất từ sản phẩm tự nhiên này đối với nhiều loại vi sinh vật dường như có liên quan do sự dễ dàng trong việc cung cấp tài nguyên và độ an toàn. Trong bối cảnh này, với việc xem xét đại dịch hiện tại, các đặc tính kháng virus của các phân tử này với một tập hợp các dẫn xuất cấu trúc của Cucurbitacin I đã được sàng lọc. Tiềm năng ức chế của các chế phẩm thực vật đã được đánh giá thông qua độ ổn định của phức hợp protein-ligand được hình thành với protein nucleocapsid (PDB ID: 7CDZ) của SARS-CoV-2 bằng các phương pháp tính toán. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là đề xuất một ứng cử viên kháng virus thay thế có chi phí hiệu quả và hiệu suất cao so với các công thức hiện tại. Các thí nghiệm docking phân tử dựa trên máy chủ đã chỉ ra CBN19 (PubChem CID: 125125068) là ứng cử viên tiềm năng trong số 101 hợp chất thử nghiệm, một phân tử tham chiếu (K31), và 5 loại thuốc được FDA phê duyệt về khả năng gắn kết được phân loại dựa trên năng lượng tổng thể. Các mô phỏng động lực học phân tử (MDS) cho thấy độ ổn định vừa phải của phức hợp protein-CBN19, như được chỉ ra bởi các tham số hình học khác nhau như RMSD, Rg, RMSF, SASA và số lượng liên kết hydro. Độ lệch chuẩn RMSD của ligand là 3.0 ± 0.5 Å, RMSF của Cα của protein ít hơn 5 Å, và bản chất mượt mà của các đường cong SASA và Rg được tính cho adduct. Năng lượng tự do liên kết (− 47.19 ± 6.24 kcal/mol) được trích xuất từ quỹ đạo MDS bằng phương pháp MMGBSA cho thấy tính tự phát của phản ứng giữa CBN19 và protein. Nhiều nghiên cứu ADMET của các chế phẩm thực vật đã dự đoán một số thuộc tính như thuốc với độc tính tối thiểu, điều này cần được xác minh bằng thực nghiệm. Dựa trên tất cả các kết quả in silico sơ bộ, Cucurbitacin, CBN19 có thể được đề xuất như một chất ức chế tiềm năng của protein nucleocapsid có khả năng lý thuyết trị khỏi bệnh. Phân tử được đề xuất khuyến nghị cho các thử nghiệm in vitro và in vivo tiếp theo trong việc phát triển các liệu pháp hiệu quả và thay thế từ các nguồn gốc thực vật chống lại COVID-19.
Từ khóa
#Cucurbitacin #CBN19 #SARS-CoV-2 #liệu pháp kháng virus #phương pháp in silicoTài liệu tham khảo
WHO coronavirus (covid-19) dashboard, (2023). https://covid19.who.int/.
Dong E, Du H, Gardner L (2020) An interactive web-based dashboard to track COVID-19 in real time. Lancet Infect Dis 20:533–534. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(20)30120-1
Scholkmann F, May C-A (2023) COVID-19, post-acute COVID-19 syndrome (PACS, “long COVID”) and post-COVID-19 vaccination syndrome (PCVS, “post-COVIDvac-syndrome”): similarities and differences. Pathol Res Pract 246:154497. https://doi.org/10.1016/j.prp.2023.154497
Provost P (2023) The blind spot in COVID-19 vaccination policies: under-reported adverse events. Int J Vaccine Theory Pract Res 3:707–726. https://doi.org/10.56098/ijvtpr.v3i1.65
Rafiq A, Jabeen T, Aslam S, Ahmad M, Ashfaq UA, Mohsin NUA, Zaki MEA, Al-Hussain SA (2023) A comprehensive update of various attempts by medicinal chemists to combat COVID-19 through natural products. Molecules 28:4860. https://doi.org/10.3390/molecules28124860
Díaz MTB, Font R, Gómez P, Río Celestino MD (2020) Summer squash. Nutritional composition and antioxidant properties of fruits and vegetables. Elsevier, New York, pp 239–254. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812780-3.00014-3
Kaur S, Panghal A, Garg MK, Mann S, Khatkar SK, Sharma P, Chhikara N (2019) Functional and nutraceutical properties of pumpkin: a review. Nutr Food Sci 50:384–401. https://doi.org/10.1108/NFS-05-2019-0143
Jing N, Tweardy DJ (2005) Targeting Stat3 in cancer therapy. Anticancer Drugs 16:601–607. https://doi.org/10.1097/00001813-200507000-00002
Delgado-Tiburcio EE, Cadena-Iñiguez J, Santiago-Osorio E, Ruiz-Posadas LDM, Castillo-Juárez I, Aguiñiga-Sánchez I, Soto-Hernández M (2022) Pharmacokinetics and biological activity of cucurbitacins. Pharmaceuticals 15:1325. https://doi.org/10.3390/ph15111325
Blaskovich MA, Sun J, Cantor A, Turkson J, Jove R, Sebti SM (2003) Discovery of JSI-124 (cucurbitacin I), a selective Janus kinase/signal transducer and activator of transcription 3 signaling pathway inhibitor with potent antitumor activity against human and murine cancer cells in mice. Can Res 63:1270–1279
Alsayari A (2014) Anticancer and Antiviral Activities of Cucurbitacins Isolated From Cucumis Prophetarum var. Prophetarum Growing in the Southwestern Region of Saudi Arabia, Electronic Theses and Dissertations. 1985. https://openprairie.sdstate.edu/etd/1985
Jing S, Zou H, Wu Z, Ren L, Zhang T, Zhang J, Wei Z (2020) Cucurbitacins: bioactivities and synergistic effect with small-molecule drugs. J Funct Foods 72:104042. https://doi.org/10.1016/j.jff.2020.104042
Hassan ST, Masarčíková R, Berchová K (2015) Bioactive natural products with anti-herpes simplex virus properties. J Pharm Pharmacol 67:1325–1336. https://doi.org/10.1111/jphp.12436
Hassan STS, Berchová-Bímová K, Petráš J, Hassan KTS (2017) Cucurbitacin B interacts synergistically with antibiotics against Staphylococcus aureus clinical isolates and exhibits antiviral activity against HSV-1. S Afr J Bot 108:90–94. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2016.10.001
Royster A, Ren S, Ma Y, Pintado M, Kahng E, Rowan S, Mir S, Mir M (2023) SARS-CoV-2 nucleocapsid protein is a potential therapeutic target for anticoronavirus drug discovery. Microbiol Spectrum 11:e01186-e1223. https://doi.org/10.1128/spectrum.01186-23
Peng Y, Du N, Lei Y, Dorje S, Qi J, Luo T, Gao GF, Song H (2020) Structures of the SARS-CoV-2 nucleocapsid and their perspectives for drug design. EMBO J 39:e105938. https://doi.org/10.15252/embj.2020105938
Vkovski P, Kratzel A, Steiner S, Stalder H, Thiel V (2021) Coronavirus biology and replication: implications for SARS-CoV-2. Nat Rev Microbiol 19(3):155–170. https://doi.org/10.1038/s41579-020-00468-6
Wu W, Cheng Y, Zhou H, Sun C, Zhang S (2023) The SARS-CoV-2 nucleocapsid protein: its role in the viral life cycle, structure and functions, and use as a potential target in the development of vaccines and diagnostics. Virol J 20:6. https://doi.org/10.1186/s12985-023-01968-6
Padroni G, Bikaki M, Novakovic M, Wolter AC, Rüdisser SH, Gossert AD, Leitner A, Allain FH (2023) A hybrid structure determination approach to investigate the druggability of the nucleocapsid protein of SARS-CoV-2. Nucleic Acids Res 51:4555–4571. https://doi.org/10.1093/nar/gkad195
Yaron TM, Heaton BE, Levy TM, Johnson JL, Jordan TX, Cohen BM, Kerelsky A, Lin T-Y, Liberatore KM, Bulaon DK, Kastenhuber ER, Mercadante MN, Shobana-Ganesh K, He L, Schwartz RE, Chen S, Weinstein H, Elemento O, Piskounova E, Nilsson-Payant BE, Lee G, Trimarco JD, Burke KN, Hamele CE, Chaparian RR, Harding AT, Tata A, Zhu X, Tata PR, Smith CM, Possemato AP, Tkachev SL, Hornbeck PV, Beausoleil SA, Anand SK, Aguet F, Getz G, Davidson AD, Heesom K, Kavanagh-Williamson M, Matthews D, tenOever BR, Cantley LC, Blenis J, Heaton NS (2020) The FDA-approved drug Alectinib compromises SARS-CoV-2 nucleocapsid phosphorylation and inhibits viral infection in vitro. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2020.08.14.251207
Suravajhala R, Parashar A, Choudhir G, Kumar A, Malik B, Nagaraj VA, Padmanaban G, Polavarapu R, Suravajhala P, Kishor PBK (2021) Molecular docking and dynamics studies of curcumin with COVID-19 proteins. Netw Model Anal Health Inf Bioinform 10:44. https://doi.org/10.1007/s13721-021-00312-8
Husain I, Ahmad R, Siddiqui S, Chandra A, Misra A, Srivastava A, Ahamad T, Mohd F, Khan Z, Siddiqi A, Trivedi S, Upadhyay A, Gupta AN, Srivastava B, Ahmad S, Mehrotra S, Kant S, Mahdi AA, Mahdi F (2022) Structural interactions of phytoconstituent(s) from cinnamon, bay leaf, oregano, and parsley with SARS-CoV -2 nucleocapsid protein: a comparative assessment for development of potential antiviral nutraceuticals. J Food Biochem 46:e14262. https://doi.org/10.1111/jfbc.14262
Bhowmik D, Nandi R, Jagadeesan R, Kumar N, Prakash A, Kumar D (2020) Identification of potential inhibitors against SARS-CoV-2 by targeting proteins responsible for envelope formation and virion assembly using docking based virtual screening, and pharmacokinetics approaches. Infect Genet Evol 84:104451. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2020.104451
Guo C, Xu H, Li X, Yu J, Lin D (2023) Suramin disturbs the association of the N-terminal domain of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein with RNA. Molecules 28:2534. https://doi.org/10.3390/molecules28062534
Kapoor N, Ghorai SM, Kushwaha PK, Shukla R, Aggarwal C, Bandichhor R (2020) Plausible mechanisms explaining the role of cucurbitacins as potential therapeutic drugs against coronavirus 2019. Inf Med Unlock 21:100484. https://doi.org/10.1016/j.imu.2020.100484
Van De Waterbeemd H, Gifford E (2003) ADMET in silico modelling: towards prediction paradise? Nat Rev Drug Discovery 2:192–204. https://doi.org/10.1038/nrd1032
Louten J (2016) Virus replication. Essential Human Virology. Elsevier, New York, pp 49–70. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800947-5.00004-1
Kim S, Chen J, Cheng T, Gindulyte A, He J, He S, Li Q, Shoemaker BA, Thiessen PA, Yu B, Zaslavsky L, Zhang J, Bolton EE (2023) PubChem 2023 update. Nucleic Acids Res 51(2023):D1373–D1380. https://doi.org/10.1093/nar/gkac956
O’Boyle NM, Banck M, James CA, Morley C, Vandermeersch T, Hutchison GR (2011) Open Babel: an open chemical toolbox. J Cheminform 3:33. https://doi.org/10.1186/1758-2946-3-33
Yuan S, Chan HS, Hu Z (2017) Using PyMOL as a platform for computational drug design. Wiley Interdiscipl Rev Comput Mol Sci 7:e1298. https://doi.org/10.1002/wcms.1298
Berman HM (2000) The protein data bank. Nucleic Acids Res 28:235–242. https://doi.org/10.1093/nar/28.1.235
Guedes IA, Barreto AMS, Marinho D, Krempser E, Kuenemann MA, Sperandio O, Dardenne LE, Miteva MA (2021) New machine learning and physics-based scoring functions for drug discovery. Sci Rep 11:3198. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82410-1
Guedes IA, Costa LSC, Dos Santos KB, Karl ALM, Rocha GK, Teixeira IM, Galheigo MM, Medeiros V, Krempser E, Custódio FL, Barbosa HJC, Nicolás MF, Dardenne LE (2021) Drug design and repurposing with DockThor-VS web server focusing on SARS-CoV-2 therapeutic targets and their non-synonym variants. Sci Rep 11:5543. https://doi.org/10.1038/s41598-021-84700-0
Abraham MJ, Murtola T, Schulz R, Páll S, Smith JC, Hess B, Lindahl E (2015) GROMACS: High performance molecular simulations through multi-level parallelism from laptops to supercomputers. SoftwareX 1–2:19–25. https://doi.org/10.1016/j.softx.2015.06.001
Brooks BR, Brooks CL, Mackerell AD, Nilsson L, Petrella RJ, Roux B, Won Y, Archontis G, Bartels C, Boresch S, Caflisch A, Caves L, Cui Q, Dinner AR, Feig M, Fischer S, Gao J, Hodoscek M, Im W, Kuczera K, Lazaridis T, Ma J, Ovchinnikov V, Paci E, Pastor RW, Post CB, Pu JZ, Schaefer M, Tidor B, Venable RM, Woodcock HL, Wu X, Yang W, York DM, Karplus M (2009) CHARMM: the biomolecular simulation program. J Comput Chem 30:1545–1614. https://doi.org/10.1002/jcc.21287
Zoete V, Cuendet MA, Grosdidier A, Michielin O (2011) SwissParam: a fast force field generation tool for small organic molecules. J Comput Chem 32:2359–2368. https://doi.org/10.1002/jcc.21816
Sharma BP, Adhikari Subin J, Marasini BP, Adhikari R, Pandey SK, Sharma ML (2023) Triazole based Schiff bases and their oxovanadium(IV) complexes: Synthesis, characterization, antibacterial assay, and computational assessments. Heliyon 9(4):e15239. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e15239
Hou T, Wang J, Li Y, Wang W (2011) Assessing the Performance of the MM/PBSA and MM/GBSA Methods. 1. The accuracy of binding free energy calculations based on molecular dynamics simulations. J Chem In Model 51:69–82. https://doi.org/10.1021/ci100275a
Mongan J, Simmerling C, McCammon JA, Case DA, Onufriev A (2007) Generalized born model with a simple, robust molecular volume correction. J Chem Theory Comput 3:156–169. https://doi.org/10.1021/ct600085e
Valdés-Tresanco MS, Valdés-Tresanco ME, Valiente PA, Moreno E (2021) gmx_MMPBSA: a new tool to perform end-state free energy calculations with GROMACS. J Chem Theory Comput 17:6281–6291. https://doi.org/10.1021/acs.jctc.1c00645
Wang Z, Pan H, Sun H, Kang Y, Liu H, Cao D, Hou T (2022) fastDRH: a webserver to predict and analyze protein–ligand complexes based on molecular docking and MM/PB(GB)SA computation. Brief Bioinform 23:bbac201. https://doi.org/10.1093/bib/bbac201
Kuriata A, Gierut AM, Oleniecki T, Ciemny MP, Kolinski A, Kurcinski M, Kmiecik S (2018) CABS-flex 2.0: a web server for fast simulations of flexibility of protein structures. Nucleic Acids Res 46:W338–W343. https://doi.org/10.1093/nar/gky356
Lipinski CA, Lombardo F, Dominy BW, Feeney PJ (2012) Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings. Adv Drug Deliv Rev 64:4–17. https://doi.org/10.1016/j.addr.2012.09.019
Pires DEV, Blundell TL, Ascher DB (2015) pkCSM: predicting small-molecule pharmacokinetic and toxicity properties using graph-based signatures. J Med Chem 58:4066–4072. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5b00104
Tian H, Ketkar R, Tao P (2022) ADMETboost: a web server for accurate ADMET prediction. J Mol Model 28:408. https://doi.org/10.1007/s00894-022-05373-8
Biovia DS (2021) Discovery studio visualizer v21. 1.0. 20298, San Diego: Dassault Systèmes
Hanwell MD, Curtis DE, Lonie DC, Vandermeersch T, Zurek E, Hutchison GR (2012) Avogadro: an advanced semantic chemical editor, visualization, and analysis platform. J Cheminform 4:17. https://doi.org/10.1186/1758-2946-4-17
T. Williams, C. Kelley, C. Bersch, H.-B. Bröker, J. Campbell, R. Cunningham, D. Denholm, G. Elber, R. Fearick, C. Grammes, gnuplot 5.2, An interactive plotting program. Available Online: http://www.Gnuplot.Info/Docs_5.2 (2017).
P. Turner, V. XMGRACE, 5.1. 19, Center for Coastal and Land-Margin Research, Oregon Graduate Institute of Science and Technology, Beaverton, OR. 2 (2005).
Ren P, Shang W, Yin W, Ge H, Wang L, Zhang X, Li B, Li H, Xu Y, Xu EH, Jiang H, Zhu L, Zhang L, Bai F (2022) A multi-targeting drug design strategy for identifying potent anti-SARS-CoV-2 inhibitors. Acta Pharmacol Sin 43:483–493. https://doi.org/10.1038/s41401-021-00668-7
Muhseen ZT, Hameed AR, Al-Hasani HMH, Ahmad S, Li G (2021) Computational determination of potential multiprotein targeting natural compounds for rational drug design against SARS-COV-2. Molecules 26:674. https://doi.org/10.3390/molecules26030674
Chauhan A, Avti P, Shekhar N, Prajapat M, Sarma P, Bhattacharyya A, Kumar S, Kaur H, Prakash A, Medhi B (2021) Structural and conformational analysis of SARS CoV 2 N-CTD revealing monomeric and dimeric active sites during the RNA-binding and stabilization: insights towards potential inhibitors for N-CTD. Comput Biol Med 134:104495. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2021.104495
Dhankhar P, Dalal V, Singh V, Tomar S, Kumar P (2022) Computational guided identification of novel potent inhibitors of N-terminal domain of nucleocapsid protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2. J Biomol Struct Dyn 40:4084–4099. https://doi.org/10.1080/07391102.2020.1852968
Rao TV (2022) Screening of SARS-CoV-2 nucleocapsid (N) protein inhibitors as potential drugs for Sars-Cov-2. Biomed J Sci Tech Res. https://doi.org/10.26717/BJSTR.2022.42.006779
Ribeiro-Filho HV, Jara GE, Batista FAH, Schleder GR, Costa Tonoli CC, Soprano AS, Guimarães SL, Borges AC, Cassago A, Bajgelman MC (2022) Structural dynamics of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein induced by RNA binding. PLOS Comput Biol 18:e1010121. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1010121
Singh VK, Chaurasia H, Kumari P, Som A, Mishra R, Srivastava R, Naaz F, Singh A, Singh RK (2022) Design, synthesis, and molecular dynamics simulation studies of quinoline derivatives as protease inhibitors against SARS-CoV-2. J Biomol Struct Dyn 40:10519–10542. https://doi.org/10.1080/07391102.2021.1946716
Nguyen PTV, Nguyen GLT, Thi Đinh O, Duong CQ, Nguyen LH, Truong TN (2022) In search of suitable protein targets for anti-malarial and anti-dengue drug discovery. J Mol Struct 1256:132520. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.132520
Luan X, Li X, Li Y, Su G, Yin W, Jiang Y, Xu N, Wang F, Cheng W, Jin Y (2022) Antiviral drug design based on structural insights into the N-terminal domain and C-terminal domain of the SARS-CoV-2 nucleocapsid protein. Sci Bull 67:2327–2335. https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.10.021
Kaushik U, Aeri V, Mir S (2015) Cucurbitacins: an insight into medicinal leads from nature. Pharmacogn Rev 9:12. https://doi.org/10.4103/0973-7847.156314
Qu Y, Cong P, Lin C, Deng Y, Li-Ling J, Zhang M (2017) Inhibition of paclitaxel resistance and apoptosis induction by cucurbitacin B in ovarian carcinoma cells. Oncol Lett 14:145–152. https://doi.org/10.3892/ol.2017.6148
Njoroge GN, Newton LE (1994) Edible and poisonous species of Cucurbitaceae in the Central Highlands of Kenya. J East African Nat Hist 83:101–115. https://doi.org/10.2982/0012-8317(1994)83[101:EAPSOC]2.0.CO;2