تحلیل in-silico فضای شیمیایی تاثیرگذار در ایجاد ‌برهم‌کنش‌های مشتقات دیستامایسین A و مولکول DNA

نویسندگان

1 گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم پایه، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران

2 گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده
اﻫﺪاف: هدف قراردادن DNA در راس درمان‌های ضدسرطان قرار دارد. بنابراین داروهای متصل‌شونده به DNA و برهم‌کنش آنها با DNA بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته‌اند. از آنجایی که متصل‌شونده‌ها به شیار کوچک DNA (MGBs) به‌عنوان ترکیبات ضدتوموری موثر و کارآمدی مطرح هستند، درک جزییات برهم‌کنش آنها با DNA ضروری به نظر می‌‍رسد. تاکنون مکانیزم عمل بسیاری از MGBها در سطح مولکولی مشخص نشده است.

ﻣﻮاد و روش‌ﻫﺎ: در این مطالعه با انجام شبیه‌سازی‌های داکینگ و دینامیک مولکولی توسط نرم‌افزارهای AutoDock Vina و NAMD، نحوه اتصال سه مشتق متفاوت از دیستامایسین A (تالیموستاین، PNU151807 و بروستالیسین) با DNA بررسی و انرژی برهم‌کنش و الگوی اتصال آنها با یکدیگر مقایسه شد.

یﺎﻓﺘﻪ‌ﻫﺎ: هر سه دارو طی شبیه‌سازی به‌طور پایداری به DNA متصل شده و تغییرات ساختاری کمی را در مولکول DNA القا کرده‌اند. نتایج حاصل از تحلیل LigPlot نیز هم‌خوانی بسیار بالایی را با نتایج مربوط به تحلیل انرژی‌های برهم‌کنش توسط NAMD نشان داد و مشخص شد در کمپلکس‌های مربوط به هر سه ترکیب با DNA، نوکلئوتیدهای A و T بیشترین نقش را در ایجاد برهم‌کنش‌ها دارند.

ﻧﺘﯿﺠﻪﮔﯿﺮی: در کمپلکس‌های مربوط به هر سه ترکیب با DNA، نوکلئوتیدهای A و T بیشترین نقش را در ایجاد برهم‌کنش‌ها دارند که با سایر مطالعات و گزارش‌های موجود در مورد MGBها مطابقت دارد. مطالعه حاضر نشان داد که بروستالیسین در مقایسه با دو داروی هم‌خانواده خود که همگی از دیستامایسین A مشتق شده‌اند، پتانسیل بیشتری در برقراری برهمکنش‌های قوی‌تر با مولکول DNA‌ داشته و می‌تواند به‌عنوان کاندیدای موفق‌تری در درمان های ضدسرطان مطرح شود

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Mišković K, Bujak M, Baus Lončar M, Glavaš-Obrovac L. Antineoplastic DNA-binding compounds: Intercalating and minor groove binding drugs. Arch Ind Hyg Toxicol. 2013;64(4):593-602. [Link] [DOI:10.2478/10004-1254-64-2013-2371]
Sharma NK, Ameta RK, Singh M. Synthesis, characterization, anticancer, DNA binding and antioxidant studies of benzylamine supported Pd (II) complex. J Cancer Sci Res. 2016;1(1):1000101. [Link]
Fornander LH, Wu L, Billeter M, Lincoln P, Nordén B. Minor-groove binding drugs: Where is the second Hoechst 33258 molecule?. J Phys Chem B. 2013;117(19):5820-30. [Link] [DOI:10.1021/jp400418w]
Khan GSh, Shah A, Zia-ur-Rehman, Barker D. Chemistry of DNA minor groove binding agents. J Photochem Photobiol B. 2012;115:105-18. [Link] [DOI:10.1016/j.jphotobiol.2012.07.003]
Ali A, Bhattacharya S. DNA binders in clinical trials and chemotherapy. Bioorg Med Chem. 2014;22(16):4506-21. [Link] [DOI:10.1016/j.bmc.2014.05.030]
Srivastava HK, Chourasia M, Kumar D, Sastry GN. Comparison of computational methods to model DNA minor groove binders. J Chem Inf Model. 2011;51(3):558-71. [Link] [DOI:10.1021/ci100474n]
Baraldi PG, Bovero A, Fruttarolo F, Preti D, Aghazadeh Tabrizi M, Pavani MG, et al. DNA minor groove binders as potential antitumor and antimicrobial agents. Med Res Rev. 2004;24(4):475-528. [Link] [DOI:10.1002/med.20000]
Neidle S. DNA minor-groove recognition by small molecules. Nat Prod Rep. 2001;18(3):291-309. [Link] [DOI:10.1039/a705982e]
Koonammackal MV, Nellipparambil UV, Sudarsanakumar C. Molecular dynamics simulations and binding free energy analysis of DNA minor groove complexes of curcumin. J Mol Model. 2011;17(11):2805-16. [Link] [DOI:10.1007/s00894-011-0954-2]
Marchini S, Broggini M, Sessa C, D'Incalci M. Development of distamycin-related DNA binding anticancer drugs. Expert Opin Investig Drugs. 2001;10(9):1703-14. [Link] [DOI:10.1517/13543784.10.9.1703]
Danuta D. New solid phase synthesis of distamycin analogues. Molecules. 2011;16(4):3066-76. [Link] [DOI:10.3390/molecules16043066]
Chapman BJ. Advances in DNA sequence-specific agents. 4th Volume. Amesterdam: Elsevier; 2002. [Link]
Cai X, Gray PJ Jr, Von Hoff DD. DNA minor groove binders: Back in the groove. Cancer Treat Rev. 2009;35(5):437-50. [Link] [DOI:10.1016/j.ctrv.2009.02.004]
Geroni C, Marchini S, Cozzi P, Galliera E, Ragg E, Colombo T, et al. Brostallicin, a novel anticancer agent whose activity is enhanced upon binding to glutathione. Cancer Res. 2002;62(8):2332-6. [Link]
Weber GF. Molecular therapies of cancer. Basel: Springer International Publishing; 2015. [Link] [DOI:10.1007/978-3-319-13278-5]
Ten Tije AJ, Verweij J, Sparreboom A, Van Der Gaast A, Fowst C, Fiorentini F, et al. Phase I and pharmacokinetic study of brostallicin (PNU-166196), a new DNA minor-groove binder, administered intravenously every 3 weeks to adult patients with metastatic cancer. Clin Cancer Res. 2003;9(8):2957-64. [Link]
Lorusso D, Mainenti S, Pietragalla A, Ferrandina G, Foco G, Masciullo V, et al. Brostallicin (PNU-166196), a new minor groove DNA binder: Preclinical and clinical activity. Expert Opin Investig Drugs. 2009;18(12):1939-46. [Link] [DOI:10.1517/13543780903401284]
Sirajuddin M, Ali S, Badshah A. Drug-DNA interactions and their study by UV-visible, fluorescence spectroscopies and cyclic voltammetry. J Photochem Photobiol B. 2013;124:1-19. [Link] [DOI:10.1016/j.jphotobiol.2013.03.013]
Trott O, Olson AJ. AutoDock/Vina: Improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization and multithreading. J Comput Chem. 2010;31(2):455-61. [Link]
Fletcher R, Powell MJD. A rapidly convergent descent method for minimization. Comput J. 1963;6(2):163-8. [Link] [DOI:10.1093/comjnl/6.2.163]
Humphrey W, Dalke A, Schulten K. VMD: Visual Molecular Dynamics. J Mol Graph. 1996;14(1):33-8. [Link] [DOI:10.1016/0263-7855(96)00018-5]
Jorgensen WL, Chandrasekhar J, Madura JD, Impey RW, Klein ML. Comparison of simple potential functions for simulating liquid water. J Chem Phys.1983;79(2):926. [Link] [DOI:10.1063/1.445869]
Phillips JC, Braun R, Wang W, Gumbart J, Tajkhorshid E, Villa E, et al. Scalable molecular dynamics with NAMD. J Comput Chem. 2005;26(16):1781-802. [Link] [DOI:10.1002/jcc.20289]
Mac Kerell AD Jr, Banavali N, Foloppe N. Development and current status of the CHARMM force field for nucleic acids. Biopolymers. 2000-2001;56(4):257-65.
https://doi.org/10.1002/1097-0282(2000)56:4<257::AID-BIP10029>3.0.CO;2-W [Link] [DOI:10.1002/1097-0282(2000)56:43.0.CO;2-W]
Ryckaert JP, Ciccotti G, C Berendsen HJ. Numerical integration of the cartesian equations of motion of a system with constraints: Molecular dynamics of n-alkanes. J Comput Phys. 1977;23(3):327-41. [Link] [DOI:10.1016/0021-9991(77)90098-5]
Miyamoto Sh, Kollman PA. Settle: An analytical version of the Shake and Rattle algorithm for rigid water models. J Comput Chem. 1992;13(8):952-62. [Link] [DOI:10.1002/jcc.540130805]
Darden T, York D, Pedersen L. Particle mesh Ewald: An N⋅log(N) method for Ewald sums in large systems. J Chem Phys. 1993;98(12):10089. [Link] [DOI:10.1063/1.464397]
Wallace AC, Laskowski RA, Thornton JM. LIGPLOT: A program to generate schematic diagrams of protein-ligand interactions. Protein Eng. 1995;8(2):127-34. [Link] [DOI:10.1093/protein/8.2.127]
Baraldi PG, Aghazadeh Tabrizi M, Preti D, Fruttarolo F, Avitabile B, Bovero A, et al. DNA minor-groove binders. Design, synthesis and biological evaluation of ligands structurally related to CC-1065, distamycin, and anthramycin. Pure Appl Chem. 2003;75(2-3):187-94. [Link] [DOI:10.1351/pac200375020187]
Durrant JD, Mc Cammon JA. Molecular dynamics simulations and drug discovery. BMC Biol. 2011;9:71. [Link] [DOI:10.1186/1741-7007-9-71]
Mishra R, Gaur AS, Chandra R, Kumar D. Molecular docking and molecular dynamics study of DNA minor groove binders. Int J Pharm Chem Anal. 2015;2(4):161-9. [Link]
Palchaudhuri R, Hergenrother PJ. DNA as a target for anticancer compounds: Methods to determine the mode of binding and the mechanism of action. Curr Opin Biotechnol. 2007;18(6):497-503. [Link] [DOI:10.1016/j.copbio.2007.09.006]
Lauria A, Montalbano A, Barraja P, Dattolo G, Almerico AM. DNA minor groove binders: An overview on molecular modelling and QSAR approaches. Curr Med Chem. 2007;14(20):2136-60. [Link] [DOI:10.2174/092986707781389673]
Fedier A, Fowst C, Tursi J, Geroni C, Haller U, Marchini S, et al. Brostallicin (PNU-166196) -- a new DNA minor groove binder that retains sensitivity in DNA mismatch repair-deficient tumour cells. Br J Cancer. 2003;89(8):1559-65. [Link] [DOI:10.1038/sj.bjc.6601316]
Marchini S, Cirò M, Gallinari F, Geroni C, Cozzi P, D'Incalci M, et al. Alpha-bromoacryloyl derivative of distamycin A (PNU 151807): A new non-covalent minor groove DNA binder with antineoplastic activity. Br J Cancer. 1999;80(7):991-7. [Link] [DOI:10.1038/sj.bjc.6690453]
Kok RJ, Schraa AJ, Bos EJ, Moorlag HE, Ásgeirsdóttir SA, Everts M, et al. Preparation and functional evaluation of RGD-modified proteins as αvβ3 integrin directed therapeutics. Bioconjug Chem. 2002;13(1):128-35. [Link] [DOI:10.1021/bc015561+]
Mendes RE, Tsakris A, Sader HS, Jones RN, Biek D, Mc Ghee P, et al. Characterization of methicillin-resistant Staphylococcus aureus displaying increased MICs of ceftaroline. J Antimicrob Chemother. 2012;67(6):1321-4 [Link] [DOI:10.1093/jac/dks069]
Bruce CD, Ferrara MM, Manka JL, Davis ZS, Register J. Dynamic hydrogen bonding and DNA flexibility in minor groove binders: Molecular dynamics simulation of the polyamide f-ImPyIm bound to the Mlu1 (MCB) sequence 5'-ACGCGT-3' in 2:1 motif. J Mol Recognit. 2015;28(5):325-37. [Link] [DOI:10.1002/jmr.2448]