پژوهشگر

همکاران پژوهشگر

چکیده پژوهش

مقدمه و بیان مسئله سرطان بیماری است که در آن سلول های بدن در یک تومور بدخیم به طور غیر عادی تقسیم و تکثیر شده و بافت های سالم رااز بین می برند. بر اساس اطلاعات سازمان بهداشت جهانی، سرطان بعد از بیماری های قلبی-عروقی، دومین عامل شایع مرگ و میر است. سرطان عامل ۲۴ % از کل موارد مرگ و میر در دنیای غرب محسوب می شود. در کشورهای اروپایی نیز سالانه بیش از ۷۵۰ هزار بیمار به علت سرطان فوت می کنند. ( ۱،۲ ) سرطان های ریه، پروستات، پستان و روده بزرگ علت بیش از50درصد سرطان های تشخیص داده و نیز مرگ ناشی از سرطان را شامل می شوند ( ۳).یکی از پروتئین های موثردر سرطان،پروتئین لیزین دی متیلاز ۱(LSD۱)است که پروتئینی منحصر بفرد و متعلق به خانواده آنزیم آمین اکسیداز است که ازاکسیژن مولکولی برای تبدیل آمین ها به ایمین ها استفاده می کنند. این پروتئین نقش مهمی در طیف گسترده ای ازفرایندهای بیولوژیکی از جمله تکثیر سلولی، جداسازی کروموزوم ها و رشد جنین ایفا می کند ( ۴). آنزیم LSD1 یک هدف مناسب برای درمان سرطان های مختلف مانند سرطات پستان، پروستات، ریه، معده، کولون و لوسمی و اختلالات عصبی نیز می باشد. به طور معمول LSD1 به پروتئین های پیچیده ای مربوط می شود که به عنوان موانعی برای رونویسی ژن ها عمل می کنند( ۵،۶ ). بازدارنده هایLSD1 به دو نوع برگشت پذیر و برگشت ناپذیر دسته بندی می شوند، که تنها تعداد کمی از ان ها محصولات طبیعی هستند ( ۷). اکثر بازدارنده ها، برگشت ناپذیر هستند که در موقعیت فعال LSD1 با فلاوین آدنین دی نوکلئوتید(FAD) واکنش می دهند ( ۸). به طور کلی بازدارنده های LSD1 کاربردهای زیادی در تحقیقات بیوشیمیایی و فیزیولوژی دارند. اهمیت پزشکی این بازدارنده ها، به عنوان یک داروی مهم برای کشف سایر داروهای ضد تومور مورد توجه قرار گرفته است، زیرا مهار دارویی LSD1 از رشد و تکثیر بسیاری از سلول های سرطانی که خواص سلول های بنیادی مانند انتشار پروتئین های خاص را دارند، جلوگیری می کند. اندازه بزرگ و قطبیت موقعیت فعال LSD1 چالش های مهمی در زمینه کشف دارو ایجاد می کند، در واقع حفره بزرگ موقعیت فعال، قادر به تشخیص حالت های مختلف متیلاسیون لیزین نمی باشد، زیرا متیلاسیون می تواند با فعال یا غیر فعال شدن ژن مورد نظر، به علامت کروماتین مشخصی وابسته باشد (9،10). آنزیم کربنیک انهیدراز (carbonic anhydrase) آنزیمی است که در هر مولکول آن یک اتم روی(Zn) وجود دارد. این انزیم هیدراسیون برگشت پذیر دی اکسید کربن را به یون های بی کربنات و هیدروژن کاتالیز می کند. عملکرد این آنزیم در انجام بسیاری از فرایندهای فیزیولوژیک بدن مانند تنفس، تعامل اسید-باز، ترشح الکترولیت ها، پیام رسانی سیستم عصبی وبیوسنتز لیپیدها نقش مهمی ایفا می کند ( ۱۱ ). در میان ایزوفرم های کربنیک انهیدراز، ایزوفرم شامل I،II،III،XV وIV،VII،IX،XII،XIII،XIV،XIIIمی باشد. کربنیک انهیدرازهای XII ،IIو IX هر دو ایزوفرم در بافتهای سرطانی بیان می شوند و مستقیما ، تومورهای سرطانی مختلف مورد بررسی قرار می گیرند (۱۷ )، کارسینومای رحم ، با فیزیولوژی تومور در ارتباط هستند ( ۱۴ ) و همچنین باعث گلوکوم می شوند (13). این ایزوفرم ها باعث سرطان تخمدان ( ۱۵ ) ، پستان (16،17) ، کارسینومای رحم( ۸ ) و تومور مغزی ( ۱۹ ) می شوند. بنابراین بررسی ترکیباتی که در مهار انزیم کربنیک انهیدرازهای مانند II، XII و IX و درمان سرطان های مختلف مانند سرطان پستان، ریه، کولون، پروستات، کلیه و سر و گردن و در درمان گلوکوم نقش دارند از اهمیت زیادی برخوردارهستند. ارتباط کمی ساختار-فعالیت (QSAR) شاخه ای از کموانفورماتیک می باشد که همبستگی بین توصیف کننده های ساختاری ترکیبات با خواص فیزیکی-شیمیایی و فعالیت بیولوژیکی آن ها را نشان می دهد (20،21) هدف نهایی و مورد تاکید (QSAR) مدل سازی رابطه ساختار شیمیایی و اثر بیولوژیک ترکیبات مختلف دارویی و پیش بینی فعالیت های زیستی ترکیبات آزمایش نشده و در مواردی ساخته نشده می باشد. کاربردهای QSAR شامل: بهینه سازی و شناسایی منطقی ترکیبات اصلی در تولید داروها، حشره کش ها و آفت کش ها; بررسی و تولید ترکیباتی که در بدن اثرات جانبی و سمیت نداشته باشند; مطالعه ترکیباتی که از لحاظ فارماکوکینتیکی در سیستم های بیولوژیک پایدار هستند; طراحی منطقی مواد پرمصرف در حوزه صنایع مانند عطرها، رنگ های شیمیایی و مواد شیمایی; شناسایی مواد سمی برای محیط زیست و طراحی ترکیبات دارویی جدیدتر می باشد (22،23). در مطالعات QSAR فعالیت بیولوژیک ترکیبات سنتزی از قبیل مهارکنندگی آنزیمی به صورت درصد مهار در غلظت مشخص و یا pIC50 به عنوان متغیر وابسته بکار گرفته می شوند. با توجه به اینکه با افزایش تعداد ترکیبات مورد مطالعه، معادله بدست آمده از صحت و اعتبار بیشتری برخوردار است. انتخاب مجموعه داده نقش کلیدی در مطالعات بررسی رابطه کمی ساختار- اثر دارد. در طراحی دارو منظور از ساختار، پارامترهای (در اصطلاح به دسکریپتور معروف است) هر مولکول است و منظور از عملکرد عبارت است از فعالیت های تجربی زیستی و یا بیوشیمایی مانند ثابت اتصال، ثابت سرعت، فعالیت و غیره. در روش سه بعدی بایستی یک مولکول که بیشترین وجه مشترک را با سایر مولکول ها دارد به عبارتی ساده ترین ساختار را دارد به عنوان مولکول الگو در نظر گرفته و بایستی سایر مولکول ها نسبت به مولکول الگو در یک راستا قرار بگیرند (24). 3D-QSAR ، مدل سازی QSARبه روش های سه بعدی است که اطلاعات کامل ساختاری را با توجه به ترکیب و شکل فضایی مولکول ارائه می دهد و روش گسترده ای است (25). 3D-QSAR از شبکه ی سه بعدی نقاط در اطراف مولکول استفاده می کند، که هر نقطه ویژگی های مرتبط به آن، مثل چگالی الکترونی یا قدرت الکترواستاتیک را دارا می باشد. معمول ترین شیوه مدل سازی به روش 3D-QSAR روش آنالیز مقایسه ای میدان مولکول که به اختصار (CoMFA) نامیده می شود، می باشد که در این روش ساختار سه بعدی مولکول مورد بررسی قرار می گیرد، که در آن مولکول در راستای یک شبکه تقسیم بندی شده و ویژگی های مختلف مولکول در شبکه بررسی می شود ( ۲۶ ). در این مطالعه بازدارندگی یک سری از ترکیبات موثر برآنزیم های LSD1و خانواده کربنیک انهیدراز با استفاده از روش های داکینگ مولکولی و رابطه کمی ساختار-فعالیت متفاوت مانند رابطه کمی ساختار-فعالیت سه بعدی (3D-QSAR) مورد بررسی قرار گرفتند. روش اجرا مجموعه ای از ترکیبات دارویی سولفونامیدی، ترانیل سیپرومینی و ترکیبات نیتروژن دار با اثر مهاری بر روی آنزیم های LSD1 و خانواده کربنیک انهیدراز و هیستون داستیلازهاو کینازهامورد مطالعه با فعالیت تجربی یا اثر مهاری آن ها جهت مدلسازی QSAR انتخاب شدند. در این کار ساختار سه بعدی این ترکیبات با نرم افزار Chem۳D رسم شدندخواهند شد و فرایند بهینه سازی برای رسیدن به حداقل انرژی از روش مکانیک مولکولی با نرم Hyperchem انجام شد. ترکیبات دارویی انتخاب شده و بهینه شده، با استفاده از مولکولی که بیشترین فعالیت دارویی با استفاده از روش align data هم تراز شدند به دو گروه آموزش و آزمون (پیش بینی) به صورت تصادفی تقسیم گردیدند. مدل سازی و اعتبارسنجی - ترکیبات با نرم افزار1 -SybylX۲ انجام خواهد گرفت.برای اعتبار سنجی مدل های ساخته شده از روش Leave-One-Out استفاده شد و مقادیر F و r۲، q2 ارزیابی شدند.مطالعات داکینگ مولکولی با استفاده از نرم افزار MOE2014 انجام شد. ساختار سه بعدی و فایل PDB آنزیم های LSD1و CA و هیستون داستیلازاز سایت Protein Data Bank RSCB دریافت شد و مطالعات داکینگ مولکولی ترکیبات ضد سرطانی بر روی آنزیم های LSD1و CA و هیستون داستیلاز و کینازها به منظور یافتن بهترین جایگاه اتصال لیگاند-رسپتور و بررسی برهم کنش های بین لیگاند و اسیدهای آمینه جایگاه فعال رسپتور انجام شد. در داکینگ مولکولی، ابتدا مولکول های آب و لیگاند موجود در ساختار پروتئین حذف شدند و بهینه سازی انرژی انجام شده و با استفاده از الگوریتم Triangle Matcher پروتئین برای داکینگ اماده و تر کیبات دارویی انتخاب شده با پروتئین داک شدند. برای مشخص کردن جایگاه فعال رسپتور و برهم کنش های هیدروژنی و هیدروفی بین ترکیبات ضد سرطانی و رسپتور از نرم افزار Chimera استفاده شد. یافته ها برای LSD1، نتایج بدست امده شامل، q2=0.670، r2=0.930 و F=91.057 می باشد و برای کربونیک انهیدراز نتایج بدست آمده شامل، q2=0.712، r2=0.848 و F= 52.833 می باشد. داکینگ مولکولی برای انزیم LSD1 با PDB=2Z5Uو برای کربونیک انهیدراز با PDB=5FL4 انجام شد. مطالعات داکینگ مولکولی این ترکیبات طبیعی ضد ویروس کومارینی بر روی پروتئین Mpro با استفاده از نرم افزارMOE انجام و نتایج بدست آمده مورد ارزیابی قرار گرفتند. پس از آن، تاثیرات احتمالی بهترین ترکیبات طبیعی کومارینی بر روی این پروتئین توسط روش شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از نرم افزار Gromacs بررسی شد. بحث و نتیجه گیری سرطان بیماری است که در آن سلول های بدن در یک تومور بدخیم به طور غیر عادی تقسیم و تکثیر شده و بافت های سالم رااز بین می برند. بر اساس اطلاعات سازمان بهداشت جهانی، سرطان بعد از بیماری های قلبی-عروقی، دومین عامل شایع مرگ و میر است. سرطان عامل ۲۴ % از کل موارد مرگ و میر در دنیای غرب محسوب می شود. در کشورهای اروپایی نیز سالانه بیش از ۷۵۰ هزار بیمار به علت سرطان فوت می کنند. ( ۱،۲ ) سرطان های ریه، پروستات، پستان و روده بزرگ علت بیش از50درصد سرطان های تشخیص داده و نیز مرگ ناشی از سرطان را شامل می شوند ( ۳). یکی از پروتئین های موثردر سرطان،پروتئین لیزین دی متیلاز ۱(LSD۱)است که پروتئینی منحصر بفرد و متعلق به خانواده آنزیم آمین اکسیداز است که ازاکسیژن مولکولی برای تبدیل آمین ها به ایمین ها استفاده می کنند. این پروتئین نقش مهمی در طیف گسترده ای ازفرایندهای بیولوژیکی از جمله تکثیر سلولی، جداسازی کروموزوم ها و رشد جنین ایفا می کند ( ۴). آنزیم LSD1 یک هدف مناسب برای درمان سرطان های مختلف مانند سرطات پستان، پروستات، ریه، معده، کولون و لوسمی و اختلالات عصبی نیز می باشد. آنزیم کربنیک انهیدراز (carbonic anhydrase) آنزیمی است که در هر مولکول آن یک اتم روی(Zn) وجود دارد. این انزیم هیدراسیون برگشت پذیر دی اکسید کربن را به یون های بی کربنات و هیدروژن کاتالیز می کند. عملکرد این آنزیم در انجام بسیاری از فرایندهای فیزیولوژیک بدن مانند تنفس، تعامل اسید-باز، ترشح الکترولیت ها، پیام رسانی سیستم عصبی وبیوسنتز لیپیدها نقش مهمی ایفا می کند ( ۱۱ ). در میان ایزوفرم های کربنیک انهیدراز، ایزوفرم شامل I،II،III،XV وIV،VII،IX،XII،XIII،XIV،XIIIمی باشد. کربنیک انهیدرازهای XII ،IIو IX هر دو ایزوفرم در بافتهای سرطانی بیان می شوند و مستقیما ، تومورهای سرطانی مختلف مورد بررسی قرار می گیرند (۱۷ )، کارسینومای رحم ، با فیزیولوژی تومور در ارتباط هستند ( ۱۴ ) و همچنین باعث گلوکوم می شوند (13). Xu و همکاران( 2020) اثرات بازدارندگی مشتقات تیونو [2،3-b]پیرول- ۵- کربوکسامید بر روی پروتئین LSD1 با روش های QSARسه بعدی، داکینگ مولکولی و شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار دادند که مدل سازی از طریق کمترین مربعات جزیی انجام می شود و نتایج آماری q2=0.783، r2=0.944 و r2pred=0.851 برای مدل CoMFA و نتایج آماری q2=0.728، r2=0.982و r2pred=0.814 برای مدل CoMSIA بدست آوردند (27). Serajو همکاران ( ۲۰۱۹ ) اثر بازدارندگی مشتقات ۵- هیدروکسی پیرازول موثر بر انزیم LSD1 با استفاده از روش های داکینگ مولکولی و QSARمورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصل نشان داد که آمینو اسیدهای Ala331، Arg316، Tyr761، Thr810، Ser760، Gly330و Val811 مهم ترین آمینو اسیدهای موثر در فرایند بازداری هستند و نتایج آماری q2= 0.790، r2=0.871 و r2pred=0.837 برای مدل QSAr بدست آوردند (28). Kumar و همکاران (2020) با استفاده از روشهای QSAR مبتنی براتم، غربالگری با روش فارماکوفورو داکینگ مولکولی به بررسی مهارکننده های ایزوفرم IX کربنیک انهیدراز پرداختند. نتایج نشان داد که مقادیر q2 و r2 به ترتیب 0.8799و 0.9864می باشند این مدل QSAR ساخته شده برای پیش بینی فعالیت ۱۶۳ ترکیب مورد استفاده قرار گرفت و ترکیب ZINC۷۲۳۷۰۹۶۶ بالاترین فعالیت پیش بینی شده با مقدار pki=7.694 را نشان می دهد. این ترکیبات در مقابل این آنزیم داک شدند و نتایج داکینگ مولکولی نشان دهنده برهمکنش های باندینگ این ترکیبات با آنزیم می باشند (29). Matysiak و همکاران (2017)، فعالیت مشتقات 1،2،4--تری آزین سولفونامید در مقابل ایزوفرم های کربنیک انهیدراز XIIو IXدر ارتباط با سرطان، با استفاده ازQSARمورد بررسی قرار دادند. نتایج انالیز اماری نشان دهنده پیش بینی خوب ترکیبات سرطانی است و مدل های بدست آمده می توانند برای طراحی عوامل بالقوه سرطان استفاده شوند (30). مطالعه حاضر که بر مبنای مطالعات QSAR و دامینگ مولکولی انجام شده است بیانگر این موضوع است که مهار کردن این انزیم ها می تواند نقش مهمی در مهار سلول های سرطانی و درمان سرطان داشته باشد.نتایج بدست امده نشان می دهد که ترکیبات جدیدی برای مهار این انزیم ها می تواند در مرحله in vitro و in vivo مورد بررسی قرار گیرند.

خلاصه نتایج حاصله

یافته ها برای LSD1، نتایج بدست امده شامل، q2=0.670، r2=0.930 و F=91.057 می باشد و برای کربونیک انهیدراز نتایج بدست آمده شامل،، q2=0.712 r2=0.848 و F= 52.833 می باشد. داکینگ مولکولی برای انزیم LSD1 با PDB=2Z5Uو برای کربونیک انهیدراز با PDB=5FL4 انجام شد. مطالعات داکینگ مولکولی این ترکیبات طبیعی ضد ویروس کومارینی بر روی پروتئین Mpro با استفاده از نرم افزارMOE انجام و نتایج بدست آمده مورد ارزیابی قرار گرفتند. پس از آن، تاثیرات احتمالی بهترین ترکیبات طبیعی کومارینی بر روی این پروتئین توسط روش شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از نرم افزار Gromacs بررسی شد.

فایل های پژوهش