Применение компьютерных методов для дизайна противоопухолевых аналогов полиаминов

Shevkun N, Varlamov A., Syatkin S., Kutyakov S. V.

COMPUTATIONAL METHODS FOR DESIGN OF SYNTHETIC POLYAMINE ANALOGS WITH ANTITUMOR ACTIVITY

Peoples’ Friendship University of Russia (PFUR), Moscow

Medical faculty, Biochemistry dpt.

Abstract. The aim was to determine the structural aspects of polyamine (PA) analogs’ interaction with polyamine oxidase (PAO) leading to the enzyme activation. Azafluorene and aniline compounds were activators of PA catabolism in the acellular test system of rat liver homogenate. The antiproliferative activity was examined in prostate cancer cell line PC-3 by Alamar Blue test. QSAR analysis with ChemicDescript soft demonstrated the significant correlation of cytotoxicity with the Balaban topological index. Docking with yeast PAO enzyme Fms1 using Molegro Virtual Docker soft identified critical atoms in active center: His67, Tyr450, His191, Trp174, Gly487. Results revealed the structural basis for the design of novel potential antitumor agents.

Key words: polyamine oxidase, docking, QSAR, polyamine analogs

Шевкун Н.А., Варламов А.В., Сяткин С.П., Кутяков С.В.

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ДИЗАЙНА ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ АНАЛОГОВ ПОЛИАМИНОВ

Российский Университет Дружбы Народов (РУДН), Москва Медицинский факультет, каф. Биохимии

Аннотация. Полиаминоксидазы (ПАО) катализируют окислительное дезаминирование полиаминов (ПА) с образованием цитотоксических продуктов и индукторов апоптоза. Активаторы катаболизма ПА - потенциальные противоопухолевые агенты. Для изучения структурных особенностей аналогов ПА, важных для цитоток-сической активности в раковых клетках, использовали методы компьютерного моделирования - докинг с ПАО и анализ количественных корреляций структура-активность (ККСА). В результате, для производных анилина и азафлуорена установлен значимый топологический индекс и определены ключевые аминокислотные остатки для связывания в активном центре ПАО.

Ключевые слова: противораковые препараты, полиаминоксидаза, топологический индекс, докинг, ККСА, аналоги полиаминов, цитотоксичность.

Полиаминоксидазы (ПАО) - это FAD-зависимые ферменты катаболизма полиаминов (ПА) путем окислительного дезаминирования. Продукты распада ПА - аминоальдегиды и активные формы

кислорода - цитотоксичны для клеток и вызывают апоптоз. Гистохимические исследования опухолевых тканей показали снижение аминооксидазной активности

—---------- —

~ 215 ~

Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).

в раковых клетках. Таким образом, активаторы распада ПА являются потенциальными противоопухолевыми агентами.

Целью работы было определение структурных особенностей взаимодействия аналогов ПА с полиаминоксида-зой, ведущего к активации фермента.

Влияние производных анилина, азафлуорена, бензимидазола и диоксабо-ренинопиридина на скорость окислительного дезаминирования путресцина, спермина и спермидина оценивали в бес-клеточной тест-системе из гомогената печени крыс. По спектрофотометрической реакции с дианизидином и перокси-дазой определяли выработку Н2О2. Ан-типролиферативные свойства соединений исследовали на культуре клеток рака простаты PC-3 по детекции живых клеток с помощью красителя Аламар Блю. Количественные корреляции структура -цитотоксическая активность по пяти топологическим индексам проводили в программе ChemicDescript. Докинг с полиаминоксидазой дрожжей Fmsl делали в программе Molegro Virtual Docker, считая подвижными торсионные углы лигандов. Наиболее вероятные конформации соединений описывали в виде парциальных энергий взаимодействия с аминокислотными остатками фермента.

В результате установлено, что активаторами катаболизма полиаминов являются производные анилина и азафлуо-рена, особенно: 1-амино-9-фениламино-4-азафлуорен, 1 -амино-2-бромо-4-азаф-луорен-9, 3-(4-йоданилино) -1-фе-нилпропанон-1, 3-(1 -фенил-2-фторани-

лино)-пропанон-1. Анализ корреляций с

топологическими индексами показал значительную зависимость цитотоксиче-ских свойств с индексом Балабана (R2=0.7), но не с индексом обхода. Это отражает преимущественную значимость разветвлений в структуре молекул и положения заместителей, чем молекулярный вес. Докинг показал важность 5 аминокислотных остатков в активном центре фермента для взаимодействия с аналогами полиаминов: His67, Tyr450, His191, Trp174, Gly487.

Полученные данные устанавливают структурные особенности молекул, на основе которых возможен дизайн и синтез новых активаторов катаболизма полиаминов для терапии рака.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сяткин С.П., Березов Т.Т., Фролов В.А., Голомазова К.А., Левов А.Н., Шевченко А.А., Федорончук Т.В. Прогноз канцерогенных и противоопухолевых свойств производных бензимидазола и азафлуорена // Вестник РУДН. - 2007, 6:70-73.

2. Adachi M. S., Torres J. M., Fitzpatrick P. F. Mechanistic Studies of the Yeast Polyamine Oxidase Fms1: Kinetic Mechanism, Substrate Specificity, and pH Dependence. Biochemistry. 2010; 49: 1044010448.

3. Casero R.A., Wostera P. M.. Recent Advances in the Development of Polyamine Analogues as Antitumor Agents. J Med Chem. 2009; 52(15): 4551-4573.

4. Liao C, Sitzmann M, Pugliese A, Nicklaus MC. Software and resources for computational medicinal chemistry. Future Med Chem. 2011;3(8):1057-85.

—---------- —

~ 216 ~

Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).