Analyse des Potenzials von Dehydroabietins\u00e4ure als Inhibitor des PI3K\/AKT\/mTOR-Signalwegs auf der Grundlage von Computersimulationstechniken
\nDer PI3K\/AKT\/mTOR-Signalweg spielt eine wichtige Rolle bei den Prozessen der Zellproliferation, Differenzierung und Apoptose und ist in vielen Tumorzellen \u00fcberaktiviert. Es hat sich gezeigt, dass er die Entwicklung von Arzneimittelresistenz in Tumorzellen f\u00f6rdert. Die Hemmung der Aktivierung dieses Signalwegs kann die Apoptose der Tumorzellen f\u00f6rdern und die Empfindlichkeit der Tumorzellen gegen\u00fcber Medikamenten wiederherstellen. Daher ist die Entwicklung von niedermolekularen Inhibitoren des PI3K\/AKT\/mTOR-Signalwegs zu einem der Forschungsschwerpunkte f\u00fcr Antitumormedikamente geworden. Dehydroabietins\u00e4ure (DHA) ist eine wichtige trizyklische diterpenoide Naturharzs\u00e4ure und einer der Bestandteile der traditionellen chinesischen Medizin Kolophonium. Sie wird haupts\u00e4chlich durch Abtrennung von Kolophonium durch Disproportionierungsreaktion gewonnen. Sie hat stabile Eigenschaften und eine \u00e4hnliche Struktur wie Steroidmolek\u00fcle und wurde in gro\u00dfem Umfang f\u00fcr die Synthese und Entwicklung von fluoreszierenden Reagenzien und Arzneimittelzwischenprodukten verwendet. Dehydroabietins\u00e4ure und viele ihrer Derivate weisen eine ausgezeichnete Anti-Tumor-Aktivit\u00e4t auf. J\u00fcngste Berichte haben gezeigt, dass 1H-Benzo[d]imidazol-Derivate der Dehydroabietins\u00e4ure eine hemmende Wirkung auf PI3K-\u03b1 haben und die Expression von phosphoryliertem AKT herunterregulieren k\u00f6nnen. Unsere Forschung ergab auch, dass einige B-Ring-modifizierte Dehydroabietins\u00e4ure-Derivate die Expression von phosphoryliertem PI3K, AKT und mTOR sowie die Phosphorylierungswerte ihrer nachgeschalteten Effektoren S6 und 4EBP1 verringern k\u00f6nnen. Obwohl verschiedene Derivate der Dehydroabietins\u00e4ure bestimmte hemmende Wirkungen auf die Proteine des PI3K\/AKT\/mTOR-Signalwegs gezeigt haben, ist derzeit unklar, ob die Dehydroabietins\u00e4ure selbst die entsprechende hemmende Wirkung hat, und weitere Forschung ist erforderlich.<\/p>\n
Die meisten Verbindungen entfalten ihre Wirkung durch Bindung an Proteinmolek\u00fcle, und ihre Bindungsmodi und -f\u00e4higkeiten k\u00f6nnen durch Methoden wie die Proteinkristallanalyse und die Fluoreszenzl\u00f6schung von Proteinen \u00fcberpr\u00fcft werden. Die Versuchsdauer ist jedoch lang und die Kosten sind hoch. Bei der Molekularen Docking-Technologie werden Computer eingesetzt, um theoretische Berechnungen durchzuf\u00fchren und die Bindung zwischen Verbindungen und Rezeptorproteinen vorherzusagen. Auf der Grundlage der Docking-Bindungsenergie kann die Bindungsf\u00e4higkeit zwischen Verbindungen und Proteinen bestimmt werden, und potenzielle Proteinmodulatoren k\u00f6nnen gescreent werden; anhand der erhaltenen Docking-Konfiguration und anderer Docking-Scores kann auch eine vorl\u00e4ufige Mechanismusforschung durchgef\u00fchrt werden. Dar\u00fcber hinaus kann durch das Verst\u00e4ndnis der Arzneimitteleigenschaften und der pharmakokinetischen Merkmale von Verbindungen wie Absorption, Verteilung, Stoffwechsel, Ausscheidung und Toxizit\u00e4t im menschlichen K\u00f6rper festgestellt werden, ob sie als Kandidaten f\u00fcr die klinische Behandlung verwendet werden k\u00f6nnen. Um die Forschungskosten zu senken, wurden nach und nach computergest\u00fctzte Programme f\u00fcr Vorstudien zur Arzneimittel\u00e4hnlichkeit und Pharmakokinetik eingesetzt.<\/p>\n
Daher wurde in dieser Studie die molekulare Docking-Technologie eingesetzt, um die Bindungsf\u00e4higkeit und den Bindungsmodus von Dehydroabietins\u00e4ure an Schl\u00fcsselproteine in diesem Signalweg vorherzusagen, und die tats\u00e4chliche Hemmung von Dehydroabietins\u00e4ure wurde durch Protein-Immunoblotting \u00fcberpr\u00fcft. Dar\u00fcber hinaus wurde ein Netzwerkserver verwendet, um arzneimittel\u00e4hnliche Eigenschaften und Pharmakokinetik zu simulieren, um das Potenzial von Dehydroabietins\u00e4ure als Inhibitor des PI3K\/AKT\/mTOR-Signalwegs vorl\u00e4ufig zu verstehen und eine theoretische Grundlage f\u00fcr die weitere Entwicklung von Dehydroabietins\u00e4ure zu schaffen.<\/p>\n
Der PI3K\/AKT\/mTOR-Signalweg spielt eine wichtige Rolle bei den Prozessen der Zellproliferation, Differenzierung und Apoptose und ist auch eines der Ziele f\u00fcr die Krebsbehandlung. PI3K besteht haupts\u00e4chlich aus der katalytischen Untereinheit p110 und der regulatorischen Untereinheit p85. Nach der Phosphorylierungsaktivierung kann es sein Substrat 3,4-Phosphophosphatidylinositol (PIP2) in 3,4,5-Triphosphat-Phosphatidylinositol (PIP3) umwandeln. PIP3 kann an AKT binden und die AKT-Phosphorylierung durch die phosphoinositolabh\u00e4ngige Proteinkinase 1 (PDK1) f\u00f6rdern. Die durch Phosphorylierung aktivierte AKT kann direkt oder indirekt mTOR phosphorylieren und dadurch die Phosphorylierung der nachgeschalteten Effektorproteine 4EBP1 und S6 weiter f\u00f6rdern, um die intrazellul\u00e4re biochemische Aktivit\u00e4t zu regulieren.<\/p>\n
Diese Studie basiert auf der kontinuierlichen Entwicklung von Dehydroabietins\u00e4ure-Derivaten zur Krebsbek\u00e4mpfung in den letzten Jahren, von denen einige eine hemmende Wirkung auf Schl\u00fcsselproteine des PI3K\/AKT\/mTOR-Signalwegs haben sollen. Um die Wirkung von Dehydroabietins\u00e4ure als Rohstoff auf den PI3K\/AKT\/mTOR-Signalweg zu untersuchen und eine Grundlage f\u00fcr die Entwicklung von Dehydroabietins\u00e4ure-Derivaten gegen Krebs zu schaffen. Die Bindungsf\u00e4higkeit und der Bindungsmodus von Dehydroabietins\u00e4ure an den ATP-Bindungsstellen der Schl\u00fcsselproteine PI3K, AKT und mTOR in diesem Signalweg wurden mit Hilfe der molekularen Docking-Technologie vorhergesagt. Die hemmende Wirkung von Dehydroabietins\u00e4ure auf den Stoffwechselweg wurde mit Hilfe von Protein-Immunoblotting untersucht, und das Potenzial von Dehydroabietins\u00e4ure als orales Medikament wurde durch vorl\u00e4ufige arzneimittel\u00e4hnliche und pharmakokinetische Simulationen vorhergesagt.<\/p>\n
Die Ergebnisse des molekularen Dockings zeigten, dass Dehydroabietins\u00e4ure eine gewisse Bindungsf\u00e4higkeit an ATP-Bindungsstellen verschiedener Schl\u00fcsselproteine besitzt, wobei die schw\u00e4chste Bindung an AKT3 bei einer minimalen Bindungsenergie von -6,16 kcal\/mol und die st\u00e4rkste Bindung an AKT1 bei einer minimalen Bindungsenergie von -8,04 kcal\/mol erfolgt. Die Bindungsf\u00e4higkeit von Dehydroabietins\u00e4ure an Signalwegproteine ist schw\u00e4cher als die des urspr\u00fcnglichen Liganden als hocheffizienter Inhibitor, \u00e4hnlich wie das von uns synthetisierte Dehydroabietins\u00e4ure-basierte PI3K\/AKT\/mTOR-Signalweg-Inhibitormolek\u00fcl DBDA. In ATP-Bindungsstellen sind die Interaktionsreste zwischen Dehydroabietins\u00e4ure und Proteinen meist hydrophobe Reste. Mit Ausnahme von Lys890 von PI3K \u03b4 sind auch andere Schl\u00fcsselreste, die die wichtigste Rolle bei der Bindung von Ligandenproteinen spielen, hydrophobe Reste. Dies deutet darauf hin, dass Dehydroabietins\u00e4ure hemmende Wirkungen durch Bindung an den Gyrus glandulare der ATP-Bindungsstellen aus\u00fcben kann. Die Interaktionsreste zwischen verschiedenen Proteinen und Dehydroabietins\u00e4ure \u00fcberschneiden sich erheblich mit denen des urspr\u00fcnglichen Liganden, was darauf hindeutet, dass Dehydroabietins\u00e4ure mit ATP in \u00e4hnlicher Weise konkurrieren kann wie der urspr\u00fcngliche Ligand, um die Proteinwirkung zu hemmen. Dar\u00fcber hinaus weisen Strukturen ohne Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen, wie Dehydroabietins\u00e4ure mit PI3K \u03b1, AKT2 und AKT3, h\u00f6here Bindungsenergien auf als andere Strukturen mit Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen, was darauf hindeutet, dass Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen eine wichtige Rolle bei der stabilen Bindung von Dehydroabietins\u00e4ure an Proteine spielen. In der Bindungskonfiguration der Dehydroabietins\u00e4ure werden alle Wasserstoffbr\u00fccken an der Carboxylposition erzeugt. Es gibt jedoch mehrere \u00fcberlappende Reste in der N\u00e4he der Isopropyl- und Benzolringe, die durch Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen im urspr\u00fcnglichen Liganden interagieren. Dieses Merkmal deutet darauf hin, dass bei der Entwicklung neuer Inhibitoren des auf Dehydroabietins\u00e4ure basierenden PI3K\/AKT\/mTOR-Signalwegs die hydrophile F\u00e4higkeit der Carboxylposition verst\u00e4rkt werden kann und dass hydrophile Gruppen an den Isopropyl- und Benzolringpositionen eingef\u00fchrt werden k\u00f6nnen, was die Bindungsf\u00e4higkeit der neuen Verbindung an Proteine verbessern kann.<\/p>\n
Protein-Immunoblotting-Experimente zeigten, dass nach der Behandlung mit Dehydroabietins\u00e4ure die Expression der PI3K-regulierten Untereinheit p85 in SCC9-Zellen deutlich reduziert war. Die Abnahme des p85-Gehalts k\u00f6nnte die Bildung von PI3K behindern und einer der Faktoren sein, die die Phosphorylierungsexpression des nachgeschalteten Proteins AKT in PI3K reduzieren. Das Gesamtprotein von AKT und mTOR zeigte unter verschiedenen Dehydroabietins\u00e4urekonzentrationen keine signifikanten Ver\u00e4nderungen im Vergleich zur Blindgruppe, aber die Expression phosphorylierter Proteine war signifikant reduziert, was darauf hindeutet, dass der Phosphorylierungsprozess von AKT und mTOR gehemmt wurde. Die verringerte Phosphorylierungsexpression von 4EBP1 stromabw\u00e4rts von mTOR k\u00f6nnte auf die Tatsache zur\u00fcckzuf\u00fchren sein, dass 4EBP1 auch durch den MEK\/Erk-Signalweg aktiviert werden kann. Die nachgeschaltete Phosphorylierungsexpression eines anderen, von mTOR regulierten Effektorproteins, S6K1, war deutlich reduziert, was auf die Hemmung der mTOR-Phosphorylierung zur\u00fcckzuf\u00fchren sein k\u00f6nnte, die zu einer geringeren S6K1-Aktivierung und damit zu einer Verringerung der Phosphorylierungsreaktion von S6 f\u00fchrt. Insgesamt wurde in SCC9-Zellen die Expression des PI3K\/AKT\/mTOR-Signalwegs durch Dehydroabietins\u00e4ure gehemmt, was mit den vorhergesagten Ergebnissen des molekularen Dockings \u00fcbereinstimmt.<\/p>\n
Bei der Vorhersage der Arzneimitteleigenschaften und der Pharmakokinetik zeigt die Analyse der Dehydroabietins\u00e4ure nach der Lipinski-Regel, dass die Werte f\u00fcr Molekulargewicht, LogP, Rotationsbindung, Wasserstoffbr\u00fcckenbindungsakzeptor und Wasserstoffbr\u00fcckenbindungsdonor alle innerhalb des von dieser empirischen Regel geforderten Bereichs liegen. Die pharmakokinetische Vorhersage simuliert die Absorption, die Verteilung, den Stoffwechsel, die Ausscheidung und die Toxizit\u00e4t von Dehydroabietins\u00e4ure in vivo, und Dehydroabietins\u00e4ure hat die meisten Tests bestanden, was darauf hindeutet, dass sie in der Lage sein k\u00f6nnte, Arzneimittelwirkungen in vivo gut zu entfalten.<\/p>\n
Zusammenfassend wurde in dieser Studie festgestellt, dass Dehydroabietins\u00e4ure selbst ein therapeutischer Wirkstoffkandidat f\u00fcr die Hemmung des PI3K\/AKT\/mTOR-Signalwegs sein k\u00f6nnte, um die Resistenz von Tumorzellen und die Anti-Tumor-Wirkung durch molekulare Docking-Vorhersage, Protein-Immunoblotting-Experimente, Arzneimittel\u00e4hnlichkeitstests und pharmakokinetische Vorhersage zu verringern. An der Struktur der Dehydroabietins\u00e4ure k\u00f6nnen weitere \u00c4nderungen vorgenommen werden, um wirksamere Inhibitoren des auf Dehydroabietins\u00e4ure basierenden PI3K\/AKT\/mTOR-Signalwegs zu entwickeln.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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