Analyse du potentiel de l'acide déhydroabiétique en tant qu'inhibiteur de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR sur la base d'une technologie de simulation informatique
La voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR joue un rôle important dans les processus de prolifération, de différenciation et d'apoptose des cellules et est suractivée dans de nombreuses cellules tumorales. On a constaté qu'elle favorisait le développement de la résistance aux médicaments dans les cellules tumorales. L'inhibition de l'activation de cette voie de signalisation peut favoriser l'apoptose des cellules tumorales et restaurer leur sensibilité aux médicaments. C'est pourquoi le développement de petites molécules inhibitrices de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR est devenu l'un des points chauds de la recherche sur les médicaments antitumoraux. L'acide déhydroabiétique (DHA) est un important acide résinique naturel diterpénoïde tricyclique et l'un des composants de la colophane de la médecine traditionnelle chinoise. Il est principalement obtenu en séparant la colophane par réaction de disproportionnement. Il possède des propriétés stables et une structure similaire à celle des molécules stéroïdiennes. Il a été largement utilisé dans la synthèse et le développement de réactifs fluorescents et d'intermédiaires médicamenteux. L'acide déhydroabiétique et nombre de ses dérivés présentent une excellente activité antitumorale. Des rapports récents ont montré que les dérivés 1H benzo [d] imidazole de l'acide déhydroabiétique ont des effets inhibiteurs sur PI3K α et peuvent réguler à la baisse l'expression de AKT phosphorylé. Nos recherches ont également révélé que certains dérivés de l'acide déhydroabiétique modifiés par l'anneau B peuvent réduire les niveaux d'expression de PI3K, AKT et mTOR phosphorylés, ainsi que les niveaux de phosphorylation de leurs effecteurs en aval S6 et 4EBP1. Bien que différents dérivés de l'acide déhydroabiétique aient montré certains effets inhibiteurs sur les protéines de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR, on ne sait pas encore si l'acide déhydroabiétique lui-même a la capacité inhibitrice correspondante et des recherches supplémentaires sont nécessaires.

La plupart des composés exercent leurs effets en se liant à des molécules de protéines, et leurs modes et capacités de liaison peuvent être vérifiés par des méthodes telles que l'analyse des cristaux de protéines et l'extinction de la fluorescence des protéines. Cependant, la période expérimentale est longue et le coût élevé. La technologie d'ancrage moléculaire est un moyen d'utiliser des ordinateurs pour effectuer des calculs théoriques et prédire la liaison entre les composés et les protéines réceptrices. Sur la base de l'énergie de liaison d'amarrage, la capacité de liaison entre les composés et les protéines peut être déterminée, et les modulateurs potentiels de protéines peuvent être sélectionnés ; la recherche de mécanismes préliminaires peut également être menée grâce à la configuration d'amarrage obtenue et à d'autres scores d'amarrage. En outre, la compréhension des propriétés médicamenteuses et des caractéristiques pharmacocinétiques des composés, telles que l'absorption, la distribution, le métabolisme, l'excrétion et la toxicité dans le corps humain, permet de déterminer s'ils peuvent être utilisés comme composés candidats pour un traitement clinique. Afin de réduire les coûts de la recherche, des programmes assistés par ordinateur ont été progressivement utilisés pour les études préliminaires de ressemblance et de pharmacocinétique des médicaments.

Par conséquent, cette étude a utilisé la technologie d'ancrage moléculaire pour prédire la capacité de liaison et le mode de liaison de l'acide déhydroabiétique aux protéines clés de cette voie, et a vérifié l'inhibition réelle de l'acide déhydroabiétique en utilisant l'immunoblotage des protéines. En outre, un serveur de réseau a été utilisé pour simuler les propriétés similaires à celles d'un médicament et la pharmacocinétique, afin de comprendre de manière préliminaire le potentiel de l'acide déhydroabiétique en tant qu'inhibiteur de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR et de fournir une base théorique pour le développement ultérieur de l'acide déhydroabiétique.

La voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR joue un rôle important dans les processus de prolifération, de différenciation et d'apoptose des cellules et constitue également l'une des cibles du traitement du cancer. La PI3K est principalement composée de la sous-unité catalytique p110 et de la sous-unité régulatrice p85. Après activation par phosphorylation, elle peut convertir son substrat 3,4-phosphophosphatidylinositol (PIP2) en 3,4,5-triphosphate phosphatidylinositol (PIP3). Le PIP3 peut se lier à l'AKT et promouvoir la phosphorylation de l'AKT par la protéine kinase 1 (PDK1) dépendante du phosphoinositol. L'AKT activée par la phosphorylation peut directement ou indirectement phosphoryler mTOR, favorisant ainsi la phosphorylation des protéines effectrices en aval 4EBP1 et S6 pour réguler l'activité biochimique intracellulaire.

Cette étude est basée sur le développement continu de dérivés anticancéreux de l'acide déhydroabiétique au cours des dernières années, dont certains ont été signalés comme ayant des effets inhibiteurs sur les protéines clés de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR. Afin d'étudier l'effet de l'acide déhydroabiétique en tant que matière première sur la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR et de fournir une base pour le développement de dérivés anticancéreux de l'acide déhydroabiétique, il a été décidé d'étudier la capacité de liaison et le mode de liaison de l'acide déhydroabiétique. La capacité et le mode de liaison de l'acide déhydroabiétique aux sites de liaison de l'ATP des protéines clés PI3K, AKT et mTOR dans la voie ont été prédits à l'aide de la technologie d'amarrage moléculaire. L'effet inhibiteur de l'acide déhydroabiétique sur la voie a été examiné par immunoblotting des protéines, et le potentiel de l'acide déhydroabiétique en tant que médicament oral a été prédit par des simulations préliminaires de type médicament et de pharmacocinétique.

Les résultats de l'amarrage moléculaire ont montré que l'acide déhydroabiétique possède une certaine capacité de liaison aux sites de liaison de l'ATP de diverses protéines clés, la liaison la plus faible étant celle d'AKT3 avec une énergie de liaison minimale de -6,16 kcal/mol et la plus forte celle d'AKT1 avec une énergie de liaison minimale de -8,04 kcal/mol. La capacité de liaison de l'acide déhydroabiétique aux protéines de la voie est plus faible que celle du ligand original en tant qu'inhibiteur très efficace, ce qui est similaire à la molécule DBDA que nous avons synthétisée pour inhiber la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR à base d'acide déhydroabié. Dans les sites de liaison de l'ATP, les résidus d'interaction entre l'acide déhydroabiétique et les protéines sont principalement des résidus hydrophobes. À l'exception de Lys890 de PI3K δ, les autres résidus clés qui jouent le rôle le plus important dans la liaison ligand-protéine sont également des résidus hydrophobes. Cela indique que l'acide déhydroabiétique peut exercer des effets inhibiteurs en se liant au gyrus glandulaire des sites de liaison de l'ATP. Les résidus d'interaction entre diverses protéines et l'acide déhydroabiétique se chevauchent de manière significative avec ceux du ligand original, ce qui indique que l'acide déhydroabiétique peut entrer en compétition avec l'ATP de la même manière que le ligand original pour inhiber l'action des protéines. En outre, les structures sans liaisons hydrogène, telles que l'acide déhydroabiétique avec PI3K α, AKT2 et AKT3, ont des énergies de liaison plus élevées que les autres structures avec liaisons hydrogène, ce qui indique que les liaisons hydrogène jouent un rôle important dans la liaison stable de l'acide déhydroabiétique aux protéines. Dans la configuration de la liaison de l'acide déhydroabiétique, toutes les liaisons hydrogène sont générées en position carboxyle. Cependant, de nombreux résidus se chevauchent près des anneaux isopropyle et benzène qui interagissent par le biais de liaisons hydrogène dans le ligand d'origine. Cette caractéristique suggère que lors de la conception de nouveaux inhibiteurs de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR basée sur l'acide déhydroabiétique, la capacité hydrophile de la position carboxyle peut être renforcée, et des groupes hydrophiles peuvent être introduits aux positions des anneaux isopropyle et benzène, ce qui peut améliorer la capacité de liaison du nouveau composé aux protéines.

Des expériences d'immunoblotting des protéines ont montré qu'après un traitement à l'acide déhydroabiétique, l'expression de la sous-unité p85 régulée par la PI3K dans les cellules SCC9 était significativement réduite. La diminution de la teneur en p85 peut entraver la génération de PI3K et devenir l'un des facteurs qui réduisent l'expression de la phosphorylation de la protéine en aval AKT dans PI3K. Les protéines totales d'AKT et de mTOR n'ont pas montré de changements significatifs par rapport au groupe témoin sous différentes concentrations d'acide déhydroabiétique, mais l'expression des protéines phosphorylées a été significativement réduite, ce qui indique que le processus de phosphorylation d'AKT et de mTOR a été inhibé. La diminution de l'expression de la phosphorylation de 4EBP1 en aval de mTOR peut être due au fait que 4EBP1 peut également être activée par la voie de signalisation MEK/Erk. L'expression de la phosphorylation en aval d'une autre protéine effectrice S6K1 régulée par mTOR a été significativement réduite, ce qui peut être dû à l'inhibition de la phosphorylation de mTOR, conduisant à une diminution de l'activation de S6K1 et réduisant ainsi la réaction de phosphorylation de S6. Dans l'ensemble, l'acide déhydroabié a inhibé l'expression de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR dans les cellules SCC9, ce qui est cohérent avec les résultats prédits par l'amarrage moléculaire.

Dans le cadre de la prédiction des propriétés des médicaments et de la pharmacocinétique, l'analyse de l'acide déhydroabiétique selon la règle des cinq de Lipinski montre que son poids moléculaire, son LogP, ses valeurs de liaison rotationnelle, d'accepteur de liaison hydrogène et de donneur de liaison hydrogène se situent tous dans la plage requise par cette règle empirique. La prédiction pharmacocinétique simule l'absorption, la distribution, le métabolisme, l'excrétion et la toxicité de l'acide déhydroabiétique in vivo, et l'acide déhydroabiétique a réussi la plupart des tests, ce qui indique qu'il peut être en mesure d'exercer des effets médicamenteux in vivo.

En résumé, cette étude a révélé que l'acide déhydroabiétique lui-même peut devenir un agent thérapeutique candidat pour inhiber la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR, afin d'atténuer la résistance des cellules tumorales et les effets antitumoraux, grâce à la prédiction de l'amarrage moléculaire, aux expériences d'immunoblotage des protéines, aux tests de similarité des médicaments et à la prédiction pharmacocinétique. D'autres modifications peuvent être apportées à la structure de l'acide déhydroabiétique pour développer des inhibiteurs plus efficaces de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR basée sur l'acide déhydroabiétique.