بخشی از مقاله
چکیده
آلدوز ردوکتاز، با تبدیل گلوکز به سوربیتول نقش کلیدی در عوارض مربوط به دیابت بازی میکند. همچنین با توجه به نقش آن در برخی از تنظیمات پاسخ التهابی، مهار آلدوز ردوکتاز جذاب می باشد. پاکت اتصالی آلدوز ردوکتاز شامل دو پاکت انعطاف ناپذیر یونی و انعطاف پذیر میباشد. پاکت اتصالی یونی شامل برهمکنشهای هیدروژنی است که عمدتا توسط رزیدوهای کلیدی His110، Tyr48 ، Trp111 و بار مثبت NADP+ شکل گرفته است.
در این مطالعه ما از تکنیک غربالگری مجازی با کارایی بالا در پایگاهی از ترکیبات طبیعی - UNPD database - در دسترس برای کشف مهارکنندههای جدید قوی آلدوز ردوکتاز استفاده کردیم. آماده سازی کتابخانه شامل تصیح حالت والانس و بار هر ترکیب، ایجاد تاتومرها و شکل سه بعدی آنها با استفاده از نرم افزار BIOVIA Discovery Studio 2017 انجام شده است. مرحله نهایی تهیه کتابخانه فیلتر کردن بر اساس توصیفگرهای ADMET و قانون 5 لیپینسکی بود که منجر به کتابخانه نهایی با بیش از 93000 لیگاند شده است.
به منظور انجام غربالگری مجازی، ساختار کریستالی کمپلکس آلدوز ردوکتاز انسانی- AK198 - کد - 4QXI :PDB، برای آماده سازی رسپتور و تهیه گرید داکینک انتخاب شده است. غربالگری مجازی در سه سطح دقت شامل ساده، استاندارد و دقت اضافی - به ترتیب با خروجی 5916، 4905 و 2235 رکورد - ، بکار برده شد و توسط نرم افزار Schrodinger2017-1 انجام شده است.
10 درصد نتایج رکورد مرحله نهایی، برای تعیین بهترین لیگاند اتصالی - lead - ، در دو نرم افزار ICM-Pro و MOE داک شده و سپس میانگین بهترین امتیاز به عنوان راهنمایی برای انتخاب کاندیدهای مهارکننده آلدوز ردوکتاز به کار رفته است. سه ترکیب انتخاب شده نهایی به عنوان مهارکنندههای قوی به ترتیب با امتیاز داکینگ -28/135، -26/665 و -26/265 در محدوده انرژی آزاد اتصالی AK198 قرار دارند. بنابراین، انتظار داریم این ترکیبات به عنوان کاندیدهای قوی مهارکنندههای آلدوز ردوکتاز، عملکرد مشابهی نشان داده که نیازمند تستهای in-vitro است.
-1 مقدمه
بیماران مبتلا به دیابت از عوارض طولانی مدت مانند نوروپاتی، نفروپاتی، رتینوپاتی، و آب مروارید رنج می برند .[1] اگر چه مکانیسم بروز دیابت به طور کامل شناخته شده نیست اما بسیاری از مسیرهای بیوشیمیایی مرتبط با افزایش سطح قند خون شناسایی شده است. مسیر سوربیتول - sorbitol pathway - یکی از مهم ترین مسیرهای درگیر در عوارض بلند مدت است .[2]
آنزیم آلدوز ردوکتاز - aldose reductase - یا AR، عضوی از خانواده بزرگ آلدو-کتو ردوکتازهاست و همراه با سوربیتول دهیدروژناز - sorbitoldehydrogenase - مسیر پلی اُل - شکل - 1 را شکل میدهند .[3] آنزیم AR در این مسیر محدود کننده سرعت است. این آنزیم شکل آلدهیدی گلوکز را با استفاده از NADPH به عنوان یک کوفاکتور به سوربیتول تبدیل میکند؛ سپس سوربیتول دهیدروژناز با استفاده از NAD+ بعنوان کوفاکتور، سوربیتول را به فروکتوز تبدیل میکند .[4]
تحت شرایط عادی، میل ترکیبی AR و قند پایین است. در حالی که، در شرایط قند خون بالا - hyperglycemic - ، بیان AR از 2 تا 4 برابر افزایش یافته که موجب تسریع تبدیل گلوکز به سوربیتول شده است. با این حال، میزان متابولیسم سوربیتول دهیدروژناز تحت تاثیر قرار نمیگیرد و منجر به تجمع قابل توجه سوربیتول در شرایط قند خون بالا میشود.
تجمع سوربیتول باعث تورم اسمزی، تغییرات در نفوذ پذیری غشاء و افزایش استرس اکسیداتیوی در آسیب بافتی مرتبط با عوارض دیررس دیابت میشود .[5] با توجه به گزارش های اخیر، تنظیم AR نه تنها تحت شرایط قند خون بالا، بلکه همچنین شامل حالتهای پاتولوژیک دیگر از جمله اختلالات قلبی، التهاب، اختلالات خلقی، نارسایی کلیوی، اختلالات تخمدان و سرطان انسانی مانند: کبد، سینه، تخمدان، دهانه رحم، و سرطان رکتوم میشود. این فرآیندهای پاتولوژیک در قرن حاضر تهدید بزرگی برای سلامت انسان محسوب میشوند .[6]
باتوجه به این مشاهدات، AR به یک هدف درمانی جذاب برای عوارض دیررس دیابت، اختلالات قلبی و بیماریهای التهابی تبدیل شده است. تلاشهای زیادی برای توسعه مهارکنندههای موثر AR صورت گرفته است اما تنها تعداد کمی از این ترکیبات به مرحله بالینی رسیدهاند .[7] تاکنون اپالرستات - epalrestat - به عنوان تنها داروی تجاری در دسترس مهار کننده AR در ژاپن و چین به فروش رسیده است.
گذشته از این، مهارکننده های اپالرستاتی AR در مرحله تست بالینی به دلیل ضعیف بودن ویژگی های فارماکوکینتیکی و اثرات جانبی با شکست مواجه شده و حتی اپالرستات به دلیل داشتن عوارض جانبی از چرخه فروش حذف شده است. بنابراین توسعه مهارکننده های جدید AR همراه با بهبود اثر بخشی، فارماکودینامیک، خواص فارماکوکینتیک، و مشخصه ایمنی دارای اهمیت زیادی است .[8]
مطالعات اشعه ایکس، دست کم سه کنفورماسیون متمایز پاکت اتصالی AR را نشان میدهد که مربوط به سه نوع لیگاند مختلف است. این پاکتهای اتصالی توسط ساندرو و همکارانش گزارش شده است - کدهای 2PDK :PDB، 1US0 و . - 2FZD مقایسه آنالیز ساختاری و مطالعات شبیه سازی دینامیک مولکولی نشان می دهد که برای AR، یک ساختار تجربی برای پیش بینی تمام حالت های اتصال ممکن نیست و به دلیل پاسخ های منفی کاذب روش داکینگ، نمره غربالگری مجازی بالاتر لزوما با فعالیت بیولوژیکی بالاتر مطابقت ندارد .[7]
همچنین مطالعات کریستالوگرافی نشان میدهد که مهارکننده AR به جایگاه کاتالیزوری این آنزیم متصل شده و با رزیدوهای Tyr48، His110 و Trp111 تشکیل پیوند هیدروژنی میدهند .[9] در بیماری دیابت، تحت شرایط قند خون بالا، گلوکز سوبسترای AR بعنوانآنزیم اولیه مسیر پلی اُل است. AR به NADPH وابسته است و موجب تبدیل گروه کربونیل به الکل می شود .[10]
پاکت اتصالی آلدوز ردوکتاز شامل پاکت اتصالی آنیونی انعطاف ناپذیر و یک پاکت اختصاصی انعطاف پذیر است. پاکت اتصالی آنیونی عمدتا توسط His110، Tyr48، Trp111 و بار مثبت NADP+ تشکیل شده است. گروههای متنوعی مانند اسیدهای کربوکسیلیک، سوکسینامید، هیدانتوئین و گروههای OH فنلی به عنوان مهارکننده آلدوزردوکتاز معرفی شده اند که با بار منفی خود به جایگاه فعال این آنزیم متصل می شوند .[11]
این پاکت اختصاصی ممکن است تنها توسط مهارکنندههای با برهمکنشهای صحیح، باز شود. Phe122 و Leu300 به عنوان ورودی دروازه حضور دارند و میتوانند ورودی پاکت را ببندد. انعطاف پذیری اصلی توسط Ala299 و Leu300 نشان داده شده است و بهترین شاهد تعیین کننده باز یا بسته بودن پاکت، کنفورماسیون های مختلف زنجیره جانبی Leu300 است .[12] کمپلکسهای PDB - AR- citrate کد: - 1x96 و PDB - AR- IDD594 کد: - 1us0 به ترتیب دارای کنفورماسیون بسته و باز پاکت اختصاصی AR هستند [13] که در شکل 2 نمایش داده شده است.
