Antitubercular Activity, Molecular Docking and Bioavailability Parameters of 3-[4-(2-Fluorobenzoyl) Piperazine-1-Carbonyl]-N-[3-(Trifluoromethyl)Phenyl] Benzamide
Authors: Сечко О.Г. 
Published: May 2023

Цель. Исследовать противотуберкулезную активность нового синтетического производного бензамида − 3-[4-(2-фторбензоил)пиперазин-1-карбонил]-N-[3-(трифторметил)-фенил]бензамида, выявить мишень для активности в отношении Mycobacterium tuberculosis и установить механизм взаимодействия с прогнозируемой мишенью методом молекулярного докинга, in silico определить и сравнить физико-химические свойства и фармакокинетические параметры производного бензамида и эффективных противотуберкулезных соединений. Материалы и методы. Исследование противотуберкулезной активности осуществляли методом пропорций в жидкой питательной среде Миддлбрук 7H9 с использованием BACTECTM MGITTM 960 на двух штаммах: лекарственно-чувствительном лабораторном референс-штамме M. tuberculosis H37Rv и клиническом штамме с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ). Для поиска мишени M. tuberculosis к производному бензамида использовали сервис SEA Search Service. Молекулярный докинг выполняли в программе UCSF Chimera 1.16 с использованием расширения AutoDock Vina 1.1.2. In silico исследование проводили с использованием сервиса SwissADME. Результаты. Исследуемое соединение в концентрации 100 мкг/мл полностью подавляет рост патогенных лекарственно-чувствительного референс-штамма M. tuberculosis H37Rv и клинического штамма M. tuberculosis с МЛУ. Выявлена мишень для активности в отношении M. tuberculosis и установлен механизм взаимодействия исследуемого вещества методом молекулярного докинга. Определено, что 3-[4-(2-фторбензоил)пиперазин-1-карбонил]-N-[3-(трифторметил) фенил]бензамид обладает высокой аффинностью к активному центру фермента еноил-[ацил-переносящий белок]-редуктазы (НАДН) (InhA), образует комплекс, обладающий низким отрицательным значением свободной энергии связывания ΔG = –11,9 ккал/моль. Установлено, что исследуемое соединение образует участки связывания с ферментом InhA, аналогичные изониазиду, поэтому, вероятно, имеет схожий с ним механизм противотуберкулезного действия. Представлены определенные in silico параметры биодоступности производного бензамида и сравнение их с параметрами биодоступности эффективных противотуберкулезных соединений. Ряд параметров биодоступности исследуемого соединения лучше, чем у используемых в настоящее время эффективных соединений. Производное бензамида по своим физико-химическим свойствам соответствует критериям Липински, Вебера, Эгана и Муеге и частично соответствует критериям Гоуза (1 из 3) и так же, как и изониазид, пиразинамид и этамбутол, согласно in silico прогнозу, пассивно всасывается в ЖКТ и не связывается с P-гликопротеином. In silico прогноз показал, что молекула исследуемого соединения способна ингибировать четыре из пяти основных изоформ цитохрома Р450 – CYP2C19, CYP2C9, CYP2D6, CYP3А и не способна ингибировать CYP1А2. Заключение. Результаты молекулярного докинга подтверждают результаты исследования противотуберкулезной активности in vitro и позволяют сделать вывод о перспективности 3-[4-(2-фторбензоил)пиперазин-1-карбонил]-N-[3-(трифторметил) фенил]бензамида для дальнейших исследований.

Aim. Investigate the anti-tuberculosis activity of a new synthetic benzamide derivative − 3-[4-(2-fluorobenzoyl)piperazine-1-carbonyl]-N-[3-(trifluoromethyl)-phenyl]benzamide, identify the potential for activity against Mycobacterium tuberculosis and establish the mechanism of interaction with a predicted target by molecular docking, in silico to determine and compare the physicochemical properties and pharmacokinetic parameters of a benzamide derivative and effective anti-tuberculosis compounds. Materials and methods. The study of anti-tuberculosis activity was carried out by the proportion method in Middlebrook 7H9 liquid nutrient medium using BACTECTM MGITTM 960 on two strains: a drug-susceptible laboratory reference strain of M. tuberculosis H37Rv and a multidrug-resistant (MDR) clinical strain. The SEA Search Service was used to search for the target of M. tuberculosis to the benzamide derivative. Molecular docking was performed in the UCSF Chimera 1.16 program using the AutoDock Vina 1.1.2 extension. The in silico study was carried out using the SwissADME service. Results. The test compound at a concentration of 100 μg/ml completely inhibits the growth of pathogenic drug-susceptible M. tuberculosis reference strain H37Rv and clinical M. tuberculosis strain with MDR. A target for activity against M. tuberculosis was identified and the mechanism of interaction of the test substance by molecular docking was established. It has been determined that 3-[4-(2-fluorobenzoyl)piperazine-1-carbonyl]-N-[3-(trifluoromethyl)phenyl]benzamide has a high affinity for the active site of the enzyme enoyl-[acyl-carrying protein]-reductase (NADH) (InhA), since it forms a stable complex with a low negative binding free energy ΔG = –11.9 kcal/mol. It was found that the test compound forms binding sites with the InhA enzyme, similar to isoniazid, therefore, it probably has a similar mechanism of anti- tuberculosis action. The bioavailability parameters of the benzamide derivative determined in silico and compared with those of effective anti-tuberculosis compounds are presented. A number of bioavailability parameters of the test compound are better than currently used effective compounds. The benzamide derivative, in terms of its physicochemical properties, meets the criteria of Lipinski, Veber, Egan and Muegge and partially meets the Ghose criteria (1 out of 3) and, like isoniazid, pyrazinamide and ethambutol, according to in silico prognosis, is passively absorbed in the gastrointestinal tract and does not bind with P-glycoprotein. In silico prediction showed that the molecule of the studied compound is capable of inhibiting four of the five main isoforms of cytochrome P450 – CYP2C19, CYP2C9, CYP2D6, CYP3A and is not able to inhibit CYP1A2. Conclusion. The results of molecular docking confirm the results of the in vitro antituberculous activity study and allow us to conclude that 3-[4-(2-fluorobenzoyl) piperazine-1-carbonyl]-N-[3-(trifluoromethyl)phenyl]benzamide is promising for further studies.