Bilgisayar simülasyon teknolojisine dayalı olarak PI3K/AKT/mTOR sinyal yolunun inhibitörü olarak dehidroabietik asit potansiyelinin analizi
PI3K/AKT/mTOR sinyal yolu, hücre çoğalması, farklılaşması ve apoptoz süreçlerinde önemli bir rol oynar ve birçok tümör hücresinde aşırı aktive olur. Tümör hücrelerinde ilaç direncinin gelişimini teşvik ettiği bulunmuştur. Bu sinyal yolunun aktivasyonunun engellenmesi, tümör hücresi apoptozunu teşvik edebilir ve tümör hücresinin ilaçlara karşı duyarlılığını geri kazandırabilir. Bu nedenle, küçük moleküllü PI3K/AKT/mTOR sinyal yolu inhibitörlerinin geliştirilmesi, anti-tümör ilaçları için araştırma noktalarından biri haline gelmiştir. Dehidroabietik asit (DHA) önemli bir trisiklik diterpenoid doğal reçine asidi ve geleneksel Çin tıbbı reçinesinin bileşenlerinden biridir. Esas olarak reçinenin orantısızlaştırma reaksiyonu yoluyla ayrıştırılmasıyla elde edilir. Kararlı özelliklere ve steroid moleküllerine benzer bir yapıya sahiptir ve floresan reaktiflerin ve ilaç ara ürünlerinin sentezinde ve geliştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Dehidroabietik asit ve türevlerinin çoğu mükemmel anti-tümör aktivitesi sergiler. Son raporlar, dehidroabietik asidin 1H benzo [d] imidazol türevlerinin PI3K α üzerinde inhibitör etkilere sahip olduğunu ve fosforile AKT ekspresyonunu azaltabildiğini göstermiştir. Araştırmamız ayrıca bazı B-halkası modifiye dehidroabietik asit türevlerinin fosforile PI3K, AKT ve mTOR'un ekspresyon seviyelerinin yanı sıra bunların aşağı akış efektörleri S6 ve 4EBP1'in fosforilasyon seviyelerini azaltabildiğini ortaya koymuştur. Farklı dehidroabietik asit türevleri PI3K/AKT/mTOR sinyal yolu proteinleri üzerinde belirli inhibitör etkiler göstermiş olsa da, dehidroabietik asidin kendisinin karşılık gelen inhibitör yeteneğe sahip olup olmadığı şu anda belirsizdir ve daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

Bileşiklerin çoğu etkilerini protein moleküllerine bağlanarak gösterir ve bağlanma modları ve yetenekleri protein kristal analizi ve protein floresan söndürme gibi yöntemlerle doğrulanabilir. Ancak deneysel süre uzun ve maliyet yüksektir. Moleküler docking teknolojisi, teorik hesaplamalar yapmak ve bileşikler ile reseptör proteinler arasındaki bağlanmayı tahmin etmek için bilgisayarları kullanmanın bir yoludur. Docking bağlanma enerjisine dayanarak, bileşikler ve proteinler arasındaki bağlanma yeteneği belirlenebilir ve potansiyel protein modülatörleri taranabilir; Elde edilen docking konfigürasyonu ve diğer docking skorları aracılığıyla ön mekanizma araştırması da yapılabilir. Ayrıca, bileşiklerin insan vücudundaki emilim, dağılım, metabolizma, atılım ve toksisite gibi ilaç özelliklerini ve farmakokinetik özelliklerini anlamak, klinik tedavi için aday bileşikler olarak kullanılıp kullanılamayacaklarını belirleyebilir. Araştırma maliyetlerini azaltmak amacıyla, ilaç benzerliği ve farmakokinetiği ile ilgili ön çalışmalar için bilgisayar destekli programlar giderek daha fazla kullanılmaya başlanmıştır.

Bu nedenle, bu çalışmada dehidroabietik asidin bu yoldaki kilit proteinlere bağlanma kabiliyetini ve bağlanma modunu tahmin etmek için moleküler yerleştirme teknolojisi kullanılmış ve protein immünoblotlama kullanılarak dehidroabietik asidin gerçek inhibisyonu doğrulanmıştır. Ayrıca, dehidroabietik asidin PI3K/AKT/mTOR sinyal yolunun bir inhibitörü olarak potansiyelini önceden anlamak ve dehidroabietik asidin daha da geliştirilmesi için teorik temel sağlamak amacıyla ilaç benzeri özellikleri ve farmakokinetiği simüle etmek için bir ağ sunucusu kullanılmıştır.

PI3K/AKT/mTOR sinyal yolu, hücre çoğalması, farklılaşması ve apoptoz süreçlerinde önemli bir rol oynar ve aynı zamanda kanser tedavisi için hedeflerden biridir. PI3K temel olarak katalitik alt ünite p110 ve düzenleyici alt ünite p85'ten oluşur. Fosforilasyon aktivasyonundan sonra, substratı 3,4-fosfosfatidilinositolü (PIP2) 3,4,5-trifosfat fosfatidilinositole (PIP3) dönüştürebilir. PIP3, AKT'ye bağlanabilir ve fosfoinositol bağımlı protein kinaz 1 (PDK1) aracılığıyla AKT fosforilasyonunu teşvik edebilir. Fosforilasyonla aktive edilen AKT, doğrudan veya dolaylı olarak mTOR'u fosforile edebilir, böylece hücre içi biyokimyasal aktiviteyi düzenlemek için aşağı akış efektör proteinleri 4EBP1 ve S6'nın fosforilasyonunu daha da teşvik edebilir.

Bu çalışma, son yıllarda bazılarının PI3K/AKT/mTOR sinyal yolağındaki anahtar proteinler üzerinde inhibitör etkileri olduğu bildirilen dehidroabietik asitin antikanser türevlerinin sürekli geliştirilmesine dayanmaktadır. Dehidroabietik asidin bir hammadde olarak PI3K/AKT/mTOR sinyal yolu üzerindeki etkisini araştırmak ve dehidroabietik asit antikanser türevlerinin geliştirilmesi için bir temel sağlamak amacıyla. Dehidroabietik asidin PI3K, AKT ve mTOR anahtar proteinlerinin ATP bağlanma bölgelerine bağlanma yeteneği ve bağlanma modu moleküler yerleştirme teknolojisi kullanılarak tahmin edilmiştir. Dehidroabietik asidin yolak üzerindeki inhibitör etkisi protein immünoblotlama kullanılarak incelenmiş ve dehidroabietik asidin oral bir ilaç olarak potansiyeli, ön ilaç benzeri ve farmakokinetik simülasyonlar yoluyla tahmin edilmiştir.

Moleküler yerleştirme sonuçları, dehidroabietik asidin çeşitli anahtar proteinlerin ATP bağlanma bölgelerine belirli bir bağlanma kabiliyetine sahip olduğunu, en zayıf bağlanma -6,16 kcal/mol minimum bağlanma enerjisi ile AKT3'e ve en güçlü bağlanma -8,04 kcal/mol minimum bağlanma enerjisi ile AKT1'e olduğunu göstermiştir. Dehidroabietik asidin yolak proteinlerine bağlanma kabiliyeti, sentezlediğimiz dehidroabietik asit bazlı PI3K/AKT/mTOR sinyal yolağı inhibitör molekülü DBDA'ya benzer şekilde, yüksek verimli bir inhibitör olarak orijinal ligandınkinden daha zayıftır. ATP bağlanma bölgelerinde, dehidroabietik asit ve proteinler arasındaki etkileşim kalıntıları çoğunlukla hidrofobik kalıntılardır. PI3K δ'nın Lys890'ı hariç, ligand protein bağlanmasında en önemli rolü oynayan diğer anahtar kalıntılar da hidrofobik kalıntılardır. Bu da dehidroabietik asidin ATP bağlanma bölgelerinin glandüler girusuna bağlanarak inhibitör etki gösterebileceğini göstermektedir. Çeşitli proteinler ve dehidroabietik asit arasındaki etkileşim kalıntıları orijinal ligandınkilerle önemli ölçüde örtüşmektedir, bu da dehidroabietik asidin protein etkisini engellemek için orijinal liganda benzer bir şekilde ATP ile rekabet edebileceğini göstermektedir. Ayrıca, PI3K α, AKT2 ve AKT3 ile dehidroabietik asit gibi hidrojen bağı olmayan yapılar, hidrojen bağı olan diğer yapılardan daha yüksek bağlanma enerjilerine sahiptir, bu da hidrojen bağlarının dehidroabietik asidin proteinlere kararlı bağlanmasında önemli bir rol oynadığını gösterir. Dehidroabietik asit bağlanma konfigürasyonunda, tüm hidrojen bağları karboksil pozisyonunda üretilir. Bununla birlikte, orijinal liganddaki hidrojen bağları yoluyla etkileşime giren izopropil ve benzen halkalarının yakınında birden fazla örtüşen kalıntı vardır. Bu özellik, dehidroabietik asit bazlı PI3K/AKT/mTOR sinyal yolunun yeni inhibitörleri tasarlanırken, karboksil pozisyonunun hidrofilik yeteneğinin artırılabileceğini ve izopropil ve benzen halkası pozisyonlarına hidrofilik grupların eklenebileceğini ve bunun da yeni bileşiğin proteinlere bağlanma yeteneğini artırabileceğini göstermektedir.

Protein immünoblotlama deneyleri, dehidroabietik asit ile muameleden sonra, SCC9 hücrelerinde PI3K düzenlenmiş alt birimi p85'in ifadesinin önemli ölçüde azaldığını göstermiştir. P85 içeriğindeki azalma PI3K oluşumunu engelleyebilir ve PI3K'da aşağı akış proteini AKT'nin fosforilasyon ifadesini azaltan faktörlerden biri olabilir. AKT ve mTOR'un toplam proteini, farklı dehidroabietik asit konsantrasyonları altında boş gruba kıyasla önemli bir değişiklik göstermemiştir, ancak fosforile proteinlerin ifadesi önemli ölçüde azalmıştır, bu da AKT ve mTOR'un fosforilasyon sürecinin inhibe edildiğini göstermektedir. mTOR'un aşağı akışında 4EBP1'in fosforilasyon ifadesinin azalması, 4EBP1'in MEK/Erk sinyal yolu aracılığıyla da aktive edilebilmesinden kaynaklanıyor olabilir. mTOR tarafından düzenlenen bir başka efektör protein S6K1'in aşağı akış fosforilasyon ifadesi önemli ölçüde azalmıştır, bu da mTOR fosforilasyonunun inhibisyonuna bağlı olabilir, bu da S6K1 aktivasyonunda bir azalmaya yol açar ve böylece S6'nın fosforilasyon reaksiyonunu azaltır. Genel olarak, SCC9 hücrelerinde, PI3K/AKT/mTOR sinyal yolunun ifadesi dehidroabietik asit tarafından inhibe edilmiştir, bu da moleküler yerleştirmede öngörülen sonuçlarla tutarlıdır.

İlaç özelliklerinin ve farmakokinetiğinin tahmininde, dehidroabietik asidin Lipinski beş kuralı analizi, moleküler ağırlığının, LogP, rotasyonel bağ, hidrojen bağı alıcısı ve hidrojen bağı donörü değerlerinin hepsinin bu ampirik kuralın gerektirdiği aralıkta olduğunu göstermektedir. Farmakokinetik tahmin, dehidroabietik asidin in vivo emilimini, dağılımını, metabolizmasını, atılımını ve toksisitesini simüle eder ve dehidroabietik asit testlerin çoğunu geçerek ilaç etkilerini in vivo olarak iyi bir şekilde uygulayabileceğini gösterir.

Özetle, bu çalışma, moleküler yerleştirme tahmini, protein immünoblotlama deneyleri, ilaç benzerlik testi ve farmakokinetik tahmin yoluyla, dehidroabietik asidin kendisinin, tümör hücresi direncini ve anti-tümör etkilerini hafifletmek amacıyla PI3K/AKT/mTOR sinyal yolağını inhibe etmek için aday bir terapötik ajan olabileceğini bulmuştur. Dehidroabietik asit bazlı PI3K/AKT/mTOR sinyal yolağının daha etkili inhibitörlerini geliştirmek için dehidroabietik asit yapısında daha fazla modifikasyon yapılabilir.