موتاژنز اشباع مجازی و نظریه تابع چگالی در آنالیز الگوی مقاومت دارویی مهار گیرنده فاکتور رشد اپیدرمال توسط ارلوتینیب و مشتقات آن به عنوان عوامل ضد سرطان ریه سلول غیر کوچک

خلاصه فارسی

مقدمه: سرطان ریه سلول غیر کوچک (NSCLC) حدود 80 درصد از کل سرطان های ریه را شامل می شود. مطالعات بالینی رابطه نزدیک بین ابتلا به NSCLC و گیرنده فاکتور رشد اپیدرمال (EGFR) نشان می دهد. به همین دلیل مهارکننده های تیروزین کینازی نسل اول گیرنده فاکتور رشد اپیدرمال نقش مهمی در درمان هدفمند NSCLC ایفا می کنند. علیرغم نتایج موفقیت آمیز اولیه مقاومت دارویی به واسطه جهش ثانویه T790M استفاده از این دارو ها را محدود کرده است. مطالعه in silico حال حاضر، با هدف پیشنهاد مهارکننده ‌های احتمالی با پتانسیل اتصال بالا به EGFRT790M از طریق طراحی منطقی مبتنی بر آنالوگ انجام شد. روش کار: در این پروژه چهار گروه از آنالوگ های ارلوتینیب شامل 58 مولکول با هسته کینازولینی برای اثر ضد EGFR مورد بررسی قرار گرفتند. این مولکول ها بر اساس رابطه ساختار- فعالیت (SAR) ترکیبات کینازولینی مهارکننده گیرنده فاکتور رشد اپیدرمال و شباهت ساختاری به داروی خط اول ارلوتینیب طراحی و یا انتخاب شدند. ابتدا خواص شبه دارویی مولکول ها با استفاده از سرور SwissADME محاسبه شدند. در ادامه انرژی آزاد اتصال آنالوگ های ارلوتینیب در باندینگ سایت گیرنده wild-type و فرم های جهش یافته توسط مطالعات داکینگ مولکولی و با استفاده نرم افزار Autodock4.2 محاسبه شدند و ساختارهای برتر از نظر پتانسیل اتصال به جایگاه لیگاند کو-کریستالوگرافی مشخص گردیدند. سپس به منظور بررسی پایداری کمپلکس های برتر، شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD) به مدت ۵۰ نانو ثانیه در محیط آبی با کمک از نرم افزار Gromacs 5.1.1 انجام گردید. پس از حصول به کمپلکس های پایدار لیگاند-آنزیم، در فاز نهایی مطالعه، قدرت برهمکنش مولکولی در سطح لیگاند-اسید آمینه برای کمپلکس های پایدار حاصل از MD با استفاده از روش تابعیت چگالی الکترونی (DFT) توسط برنامه Gaussian 09 مورد محاسبه قرار گرفتند. یافته ها: فرم های موتانت G719S، T790M، L858R و دابل موتانت L858R/T790M به عنوان جهش‌ های اصلی در بروز مقاومت در نظر گرفته شدند. بر اساس نتایج مدلسازی مولکولی، دو مولکول طراحی شده a6 (EGFRT790M GbΔ 8/48- کیلو کالری بر مول) و a22 (EGFRT790M GbΔ 9/03- کیلو کالری بر مول) بیشترین انرژی آزاد اتصال گیبس را در باندینگ سایت گیرنده نشان دادند. تمام پارامتر های مطالعات دینامیک مولکولی از جمله ریشه میانگین انحراف مربع (RMSD)، ریشه میانگین نوسانات مربع (RMSF)، شعاع چرخش (Rg)، برهمکنش های درون مولکولی و بین مولکولی هیدروژنی و مساحت در دسترس حلال (SASA)، توانایی هر دو مولکول a6 و a22 در ایجاد برهمکنش پایدار با فرم موتانت T790M گیرنده را به اثبات رساندند. هم چنین تمام پارامتر ها در تائید یکدیگر نشان دادند که مولکول a6، کمپلکس لیگاند- پروتئینی محکم تر و پایدارتری را القا میکند. بحث و نتیجه گیری: اگرچه برای اعتبارسنجی مولکول ‌های به‌دست‌آمده، روش های تجربی نیز مورد نیاز است، استراتژی طراحی in silico به کار رفته در این مطالعه، امکان دستیابی به ساختار های جدیدی (a6 و a22) را فراهم نمود که پتانسیل اتصال بالایی به فرم های جهش یافته مهم گیرنده فاکتور رشد اپیدرمال (از نظر بالینی) نسبت به ارلوتینیب داشتند. لازم به ذکر است مبنای انتخاب دو مولکول a6 و a22 از میان مجموعه 58 عددی آنالوگ های تحت بررسی انرژی آزاد اتصال بالاتر این دو مولکول نسبت به داروی استاندارد (ارلوتینیب) بوده است. همچنین هر دو مولکول دارای اتصال پایدار به فرم موتانت T790M بودند. نتایج این مطالعه علاوه بر تائید اهمیت موقعیت 6 حلقه کینازولین بر پتانسیل اتصال این ترکیبات، غلبه برهمکنش های هیدروفوبی بر هیدروژنی را نیز نشان داد.

عنوان انگليسی

In Silico Saturation Mutagenesis and Density Functional Theory Calculations in the Analysis of EGFR Inhibition Drug Resistance by Erlotinib and its Derivatives as Anti-non-Small Cell Lung Carcinoma Agents

خلاصه انگلیسی

Introduction: Non-small cell lung cancer (NSCLC) accounts for approximately 80% of all lung cancer cases. Clinical studies show a close relationship between NSCLC and epidermal growth factor receptor (EGFR). For this reason, first-generation epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors play an important role in the targeted treatment of NSCLC. Despite the initial successful results, drug resistance due to the secondary T790M mutation has limited the use of these drugs. The present in silico study was conducted with the aim of proposing potential inhibitors with high binding potential to EGFRT790M by analogue-based rational design. Method and Material: In this project, four groups of erlotinib analogs, including 58 molecules with quinazoline core, were evaluated for their anti-EGFR activity. These molecules were designed or selected based on the structure-activity relationship (SAR) of quinazoline compounds that inhibit the epidermal growth factor receptor and structural similarity to the first-line therapeutic erlotinib. First, the drug-like properties of the molecules were calculated using the SwissADME server. Then, the free energy of binding of the erlotinib analogs at the binding site of the wild-type receptor and mutant forms was calculated by molecular docking studies and using Autodock 4.2 software, and the superior structures in terms of binding potential to the co-crystallographic ligand site were determined. To verify the stability of the superior complexes, a molecular dynamics simulation (MD) was then performed for 50 nanoseconds in an aqueous environment using Gromacs 5.1.1 software. After we obtained the stable ligand-enzyme complexes, in the final phase of the study, the molecular interaction strength at the ligand-amino acid level for the stable complexes obtained by MD was calculated using the electron density dependence method (DFT) by the Gaussian 09 program. Results: The mutant forms G719S, T790M, L858R, and the double mutant L858R/T790M were considered to be the most important mutations for the occurrence of resistance. Based on the molecular modeling results, the two designed molecules 6a (EGFRT790M ΔGb -8.48 kcal/mol) and 22a (EGFRT790M ΔGb -9.03 kcal/mol) showed the highest Gibbs binding free energy upon binding to the receptor site. All parameters of the molecular dynamics studies, including root mean square deviation (RMSD), root mean square fluctuations (RMSF), radius of gyration, Rg), intramolecular and intermolecular hydrogen interactions, and solvent accessible area, demonstrated the ability of both molecules a6 and a22 to stably interact with the T790M mutant form of the receptor. Moreover, all parameters confirmed each other and showed that the 6a molecule elicited a stronger and more stable ligand-protein complex. Discussion and conclusion: Although experimental methods are also required to validate the molecules obtained, the in-silico design strategy used in this study allowed the recovery of new structures (6a and 22a) with high binding potential to important mutant forms. epidermal growth factor receptor (from a clinical point of view) compared with erlotinib. It should be noted that the basis for selecting 6a and 22a from the group of 58 analogues studied was the higher free energy of binding of these two molecules compared with the standard drug (erlotinib). In addition, both molecules had stable binding to the T790M mutation form. The results of this study not only confirm the importance of the position of the 6 rings of quinazoline for the binding potential of these compounds, but also demonstrate the dominance of hydrophobic interactions over hydrogen interactions

Document Downloads