Ứng dụng mô hình mô phỏng docking để so sánh tương tác giữa các thuốc kháng cholinergic với enzyme acetylcholinesterase

Nguyễn Hữu Toàn * , Nguyen Thanh Si , Huỳnh Như Thảo , Huỳnh Duy Thiện , Trần Quang Đệ , Bùi Thị Bửu Huê , Hà Thị Kim Quy , Lê Thị Bạch và Nguyễn Trọng Tuân

* Tác giả liên hệ (toanb1401728@student.ctu.edu.vn)

Article Sidebar

Full Text: PDF

Ngày nhận bài: 04-03-2020
Ngày duyệt đăng: 29-06-2020
Ngày xuất bản: 29-06-2020
Title: Applying docking simulation to compare the interactions of anticholinergic drugs with acetylcholinesterase
DOI: 10.22144/ctu.jsi.2020.108
Lượt xem
540
Downloads
628
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC
Trích dẫn
Toàn, N. H., Si, N. T., Thảo, H. N., Thiện, H. D., Đệ, T. Q., Huê, B. T. B., Quy, H. T. K., Bạch, L. T., & Tuân, N. T. (2020). Ứng dụng mô hình mô phỏng docking để so sánh tương tác giữa các thuốc kháng cholinergic với enzyme acetylcholinesterase. Tạp chí Khoa học Đại học cần Thơ, 56(CĐ Tự nhiên), 26-32. https://doi.org/10.22144/ctu.jsi.2020.108
Số báo
Tập. 56 Số. CĐ Tự nhiên (2020)
Chuyên mục
Tự nhiên

Abstract

In this study, molecular docking using AutoDock was utilized to analyze interactions between several promising drugs (tacrine, rivastigmine, galantamine, and donepezil) and acetylcholinesterase (AChE). The X-ray structure of AChE (PDB: 4EY6) from Protein Data Bank was used for molecular modeling simulation software (AutoDock Vina, AutoGrid4, and AutoDock4). Binding free energies of docking calculations were generated by the automatic docking method of Lamarckian genetic algorithm (LGA). Inhibitory effects of ligands were analyzed by Discovery Studio Visualizer software, which showed important interactions such as hydrogen bond, hydrophobic interaction, pi-stacking interaction between aromatic amino acids and drugs. Based on results obtained from LGA and Discovery Studio Visualizer software, the important interactions between these anticholinergic inhibitors and the active site residues were determined. This study can be further used for the virtual screening approach of house database compounds against Alzheimer’s disease.
Keywords: Acetylcholinesterase inhibitors, AutoDock, hydrogen bond, hydrophobic interaction, molecular docking, pi – stacking

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, docking phân tử bằng AutoDock được sử dụng để nghiên cứu những tương tác giữa một số loại thuốc (tacrine, rivastigmine, galantamine và donepezil) với enzyme acetylcholinesterase (AChE). Cấu trúc X-ray của AChE (PDB: 4EY6) được lấy từ Protein Data Bank để hỗ trợ các tính toán được chạy trên AutoDock Vina, AutoGrid4 và AutoDock4. Năng lượng tự do của các cấu trúc được xác định bằng việc sử dụng phương pháp docking tự động thuật toán di truyền Lamarckian (LGA). Những tác động ức chế của ligand được phân tích bằng phần mềm Discovery Studio Visualizer chỉ ra các tương tác quan trọng: liên kết hydrogen, vùng kị nước, pi-stacking với hướng hoạt động các amino acid thơm và thuốc. Dựa vào kết quả từ thuật toán LGA và phần mềm Discovery Studio Visualizer, kết quả docking cho thấy cấu trúc các thuốc kháng acetylcholinesterase đều tương tác với vùng hoạt động của enzyme này, định hướng cho việc sàng lọc các thuốc điều trị bệnh Alzheimer.       
Từ khóa: AutoDock, các chất ức chế acetylcholinesterase, docking phân tử, liên kết hydro, tương tác pi-stacking, tương tác kị nước

Article Details

Tài liệu tham khảo

Hebert, L. E., Weuve, J., Scherr, P. A. and Evans, D. A., 2013. Alzheimer disease in the United States (2010–2050) estimated using the 2010 census. Neurology,80(19): 1778-1783.

Dvir, H., Silman, I., Harel, M., Rosenberry, T. L. and Sussman, J. L., 2010. Acetylcholinesterase: from 3D structure to function. Chemico-Biological Interactions,187(1-3): 10-22.

Serrano-Pozo, A., Frosch, M. P., Masliah, E. and Hyman, B. T., 2011. Neuropathological alterations in Alzheimer disease. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine,1(1): 1-23.

Sussman, J. L., Harel, M., Frolow, F., et al. 1991. Atomic structure of acetylcholinesterase from Torpedo californica: a prototypic acetylcholine-binding protein. Science,253 (5022): 872-879.

Koellner, G., Kryger, G., Millard, C. B., Silman, I., Sussman, J. L. and Steiner, T., 2000. Active-site gorge and buried water molecules in crystal structures of acetylcholinesterase from Torpedo californica. Journal of Molecular Biology,296(2): 713-735.

Yan, A. and Wang, K., 2012. Quantitative structure and bioactivity relationship study on human acetylcholinesterase inhibitors. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,22(9): 3336-3342.

Atanasova, M., Yordanov, N., Dimitrov, I., Berkov, S. and Doytchinova, I., 2015. Molecular docking study on galantamine derivatives as cholinesterase inhibitors. Molecular Informatics,34(6‐7): 394-403.

Thien, H. D., 2019. Molecular docking studies of synthesized benzimidazole derivatives as Hepatitis C virus NS5B inhibitors. Master thesis. Can Tho University. Can Tho City.

Cosconati, S., Forli, S., Perryman, A. L., Harris, R., Goodsell, D. S. and Olson, A. J., 2010. Virtual screening with AutoDock: theory and practice. Expert Opinion on Drug Discovery,5(6): 597-607.

Jaghoori, M. M., Bleijlevens, B. and Olabarriaga, S. D., 2016. 1001 Ways to run AutoDock Vina for virtual screening. Journal of Computer-Aided Molecular Design,30(3): 237-249.

Jang, C., Yadav, D. K., Subedi, L., et al. 2018. Identification of novel acetylcholinesterase inhibitors designed by pharmacophore-based virtual screening, molecular docking and bioassay. Scientific Reports,8(1): 14921.

Morris, G. M., Huey, R. and Olson, A. J., 2008. Using AutoDock for ligand‐receptor docking. Current Protocols in Bioinformatics,24(1): 1-40.

Najafi, Z., Mahdavi, M., Saeedi, M., Karimpour-Razkenari, E., Asatouri, R., Vafadarnejad, F., Moghadam, F. H., Khanavi, M., Sharifzadeh, M. and Akbarzadeh, T., 2017. Novel tacrine-1,2,3-triazole hybrids: In vitro, in vivo biological evaluation and docking study of cholinesterase inhibitors. European Journal Medicinal Chemistry,125:1200-1212.

Nguyễn Thị Cẩm Vi, 2018. Thiết kế, tổng hợp và đánh giá tác động kháng Acetylcholinesterase của một số dẫn chất Chalcone nhằm sàng lọc thuốc mới hướng điều trị bệnh Alzheimer. Luận án Tiến sĩ. Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Rudnitskaya, A., Torok, B. and Torok, M., 2010. Molecular docking of enzyme inhibitors: A computational tool for structure based drug design. Biochemistry and Molecular Biology Education,38(4): 261-265.

Suganthy, N., Aly, H. F., Gunnarsson, L.-G., Oboh, G., Muthusamy, K. and Belkhelfa, M., 2018. Alzheimer’s Disease & Treatment, Vol. 1. Suganthy N Department of Nanoscience and Technology, Science Campus, Alagappa University, Karaikudi, India, 125 pages.