La scoperta dell'andrografolide ha colpito l'analogo come potente cicloossigenasi

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8147 (2023) Citare questo articolo

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La cicloossigenasi-2 (COX-2) è l'enzima chiave responsabile della conversione dell'acido arachidonico in prostaglandine che mostrano proprietà proinfiammatorie e quindi è una potenziale proteina bersaglio per lo sviluppo di farmaci antinfiammatori. In questo studio, sono stati impiegati approcci chimici e bioinformatici per trovare un nuovo potente analogo dell'andrografolide (AGP) come inibitore della COX-2 avente proprietà farmacologiche migliori rispetto all'aspirina e al rofecoxib (controlli). La proteina COX-2 umana Alpha fold (AF) sequenziata con aminoacidi completi (604AA) è stata selezionata e convalidata per la sua accuratezza rispetto alle strutture della proteina COX-2 riportate (ID PDB: 5F19, 5KIR, 5F1A, 5IKQ e 1V0X) seguita da molteplici analisi dell'allineamento della sequenza per stabilire la conservazione della sequenza. Lo screening virtuale sistematico di 237 analoghi dell'AGP contro la proteina AF-COX-2 ha prodotto 22 composti guida in base al punteggio dell'energia di legame (< - 8,0 kcal/mol). Questi sono stati ulteriormente selezionati su 7 analoghi mediante analisi di docking molecolare e studiati ulteriormente per la previsione ADMET, calcoli delle metriche di efficienza dei ligandi, analisi quantomeccaniche, simulazione MD, simulazione di docking dell'energia potenziale elettrostatica (EPE) e MM/GBSA. Un'analisi approfondita ha rivelato che l'analogo A3 dell'AGP (3-[2-[(1R,4aR,5R,6R,8aR)-6-idrossi-5,6,8a-trimetil-2-metilidene-3,4,4a, 5,7,8-esaidro-1H-naftalen-1-il]etilidene]-4-idrossiossolan-2-one) forma il complesso più stabile con AF-COX-2 che mostra il valore RMSD minimo (0,37 ± 0,03 nm) , un buon numero di legami idrogeno (legame H proteina-ligando = 11 e legame H proteina = 525), punteggio EPE minimo (−53,81 kcal/mol) e MM-GBSA più basso prima e dopo la simulazione (−55,37 e − 56,25 kcal/mol, rispettivamente) valore rispetto ad altri analoghi e controlli. Pertanto, suggeriamo che l’analogo A3 AGP identificato potrebbe essere sviluppato come un promettente farmaco antinfiammatorio a base vegetale inibendo la COX-2.

La cicloossigenasi (COX o prostaglandina G/H sintasi) svolge un ruolo vitale nella generazione di mediatori biologici come le prostaglandine (PG), il trombossano e le prostaciline dall'acido arachidonico. L'enzima COX esiste in due isoforme: (i) l'isoenzima COX-1 è costitutivamente attivo e principalmente coinvolto in funzioni omeostatiche come la regolazione dell'aggregazione piastrinica e dell'acidità gastrica; (ii) al contrario, la forma isomerica della COX-2 induce durante condizioni patologiche quali infiammazione, dolore e febbre1,2,3. Per sviluppare farmaci antinfiammatori e analgesici, la COX-2 è un bersaglio praticabile e specifico e negli ultimi decenni sono stati sviluppati vari farmaci inibitori della COX-24. La COX-2 comprende una sequenza di 604 aminoacidi con tre domini principali: (i) il dominio del fattore di crescita epidermico (EGF) (34-72 aminoacidi), (ii) il dominio di legame della membrana (73-116 aminoacidi) e (iii) il dominio catalitico che contiene i siti attivi della COX e della perossidasi [UniProt-P35354]. I siti attivi della COX e della perossidasi sono spazialmente distinti ma funzionalmente collegati5. La vicinanza a Tyr371 e Ser516 sono gli amminoacidi catalitici critici per il sito attivo COX-26. Il residuo di valina in posizione 509 nella COX-2 forma una tasca idrofobica (HYD) nel suo sito attivo e svolge un ruolo chiave nell'induzione selettiva dell'enzima e quindi nella risposta infiammatoria7,8.

La COX-2 catalizza la reazione in due fasi: (i) la prima fase è la reazione COX in cui l'arachidonato viene convertito in PG-G2 che avviene nel canale HYD del nucleo della proteina e (ii) la seconda fase è la reazione della perossidasi in cui PG-G2 viene ridotto a PG-H2 (un importante precursore della prostaciclina ed espresso durante l'infiammazione) che avviene nel sito attivo contenente l'eme situato vicino alla superficie della proteina9. I farmaci antinfiammatori non steroidei (FANS), in particolare i coxib e l'aspirina, riducono l'infiammazione inibendo la sintesi di PG attraverso l'interazione covalente con il residuo Ser-516 nel sito attivo COX-210,11. Sebbene questi farmaci siano sicuri ed efficaci, possono causare tossicità gastrointestinale, che ne ha limitato l’uso nei pazienti altamente sensibili. Progettazione di inibitori selettivi della COX-2 tra cui celecoxib e rofecoxib (coxib), inibiscono la COX-2 invece della COX-1 per fornire sollievo dal dolore e proprietà antinfiammatorie e prevenire i disturbi gastrici riscontrati con i FANS non selettivi12,13,14 . Il rofecoxib è un FANS altamente selettivo grazie all'assenza di acido carbossilico (quindi meno irritante per il tratto gastrointestinale) e alla presenza di due grandi cicli aromatici legati ad un anello eterociclico centrale15. Oltre alla selettività ed efficacia, all’alto costo del farmaco, ai potenziali effetti cardiovascolari avversi e all’aumento del rischio di ictus ischemico, l’uso degli inibitori della COX-2 è controverso16,17,18. Esiste quindi una richiesta urgente di un farmaco terapeutico contro la COX-2 con effetti collaterali minimi o nulli, preferibilmente di origine naturale19.