پژوهشگر

همکاران پژوهشگر

چکیده پژوهش

مقدمه و بیان مسئله نقرس بیماری متابولیکی مزمنی است که با افزایش اسید اوریک و التهاب شناخته می شود ( ۱). در این بیماری سطح اسید اوریک افزایش می یابد و باعث تشکیل کریستالهایی می شود که در مفاصل تجمع پیدا می کند. بیماری شایع نقرس بیشتر در مردان و در سنین ۴۰ تا ۵۰ سال دیده می شود. اسید اوریک محصول زائدی است که از تجزیه برخی از مواد غذایی به خصوص پروتئین ها در بدن تولید می شود. تصفیه اسید اوریک در بدن توسط کلیه ها انجام می شود و این مایع مضر با ادرار دفع می شود ولی زمانیکه مقدار آن زیاد باشد فرایند تصفیه و دفع با موفقیت انجام نمی شود و مقدار اضافی آن در بدن جمع می شود. افزایش غلظت اسید اوریک در خون در نهایت به کریستالهای اورات تبدیل می شود که در اطراف مفاصل و بافت های نرم تجمع می یابد و این کریستالهای سوزن شکل مسئول التهاب و علائم دردناک نقرس هستند (4-2). آنزیم گزانتین اکسیداز با تولید اسید اوریک در بدن آنزیمی مهم در آسیب شناسی بیماری نقرس محسوب می شود، این آنزیم در بدن هیپوگزانتین و گزانتین را به اسید اوریک تبدیل می کند (6،5). آنزیم گزانتین اکسیداز در کنار تبدیل بازهای پورین به اسید اوریک، با مصرف اکسیژن مقادیر زیادی رادیکال آزاد و سوپراکسید نیز تولید می کند، در نتیجه، این آنزیم یکی از مهمترین منابع مولد یون سوپراکسید و رادیکال های آزاد در بدن است. این مواد در آسیب شناسی بیماریهای زیادی از جمله سرطان، تصلب شرائین و التهاب نقش دارند. از این رو، مهار کننده های این آنزیم از جمله داروی آلوپورینول به عنوان موثرترین داروهای ضد نقرس مطرح هستند. اما به دلیل عوارض جانبی این داروها به ویژه آلوپورینول مانند هپاتیت کامل، نارسایی کلیوی و سندرم استیونس جانسون (8،7) نیاز مبرم برای بررسی ترکیباتی که مهار کننده آنزیم XO با عوارض جانبی کمتر باشند وجود دارد. 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 (10،9). 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 (12،11). 3D-QSAR، مدل سازی QSAR به 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 (13). 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 و CoMSIA) 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 (14). در طی سالهای گذشته چندین تحقیق و پژوهش در رابطه با QSAR و داکینگ ترکیبات دارویی مختلف به عنوان مهارکننده های انزیم گزانتین اکسیداز صورت گرفته است که در ذیل به معرفی گوشه ای از این فعالیت ها می پردازیم. Tang و همکاران (2019) با استفاده از روش Topomer CoMFA، و 3D-QSAR و مدل سازی مولکولی تحقیقاتی بر روی اثربازدارندگی آنالوگهای فبوکسوستات بر روی آنزیم XO انجام دادند. در این تحقیق نتایج حاصل از مدل های QSAR نشان داد که مقادیر q2 و r2 مناسب هستند و این ترکیبات در جایگاه فعال آنزیم به خوبی داک شده اند و می توانند برای طراحی ترکیبات جدید با فعالیت بهتر مورد استفاده قرار می گیرند (15). روش اجرا مجموعه ای از ترکیبات دارویی پیریمیدینی و آزولها با اثر مهاری بر روی آنزیم Xanthine Oxidase مورد 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 نر م افزار MOE2014 انجام شد. ساختار سه بعدی و فایل PDB آنزیم Xanthine Oxidase از سایت Protein Data Bank RSCB دریافت شد و مطالعات داکینگ مولکولی ترکیبات ضد نقرسی بر روی آنزیم Xanthine Oxidase 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 نقرسی و رسپتور از نرم افزار Chimera استفاده شد. Malik و همکاران (2019)، اثرات بازدارندگی مشتقات بر پایه طبیعی بر روی آنزیم XO با روش های 3D-QSAR و داکینگ مولکولی مورد بررسی قرار دادند که نتایج نشان داد که ترکیبات طبیعی مانند فلاوونوئیدها و آنتراکوئینونها اثرات مهاری قابل توجهی بر روی آنزیم XO دارند، در بین فلاوونوئیدها، ترکیبات hesperidin و rutin برای بررسی بیشتر می توانند گزینه های مناسبی محسوب شوند (16). Zhou و همکاران (2018) از مطالعات رابطه ساختار-فعالیت زانتونها برای بررسی اثر مهاری بر روی گزانتین اکسیداز استفاده کردند. بهترین مدل ها نتایج آماری برای مدل CoMFA شامل q2= 0.613 و r2=0.997 برای مدل CoMSIA شامل q2=0.608 و r2=0.997نشان دادند و مدل QSAR پیشنهاد می کند که ترکیبی از اثرات فضایی، الکترواستاتیک و هیدروفوبیک در طراحی و بهینه سازی ترکیبات نقش دارند (17). یافته ها برای XO، نتایج بدست امده شامل، q2=0.799، r2=0.948 و F=123.454 برای CoMFA می باشد و برای CoMSIA نتایج بدست آمده شامل، q2=0.772، r2=0.956 و F= 120.793 می باشد. داکینگ مولکولی برای انزیم XO با PDB=1FIQ انجام شد. بحث و نتیجه گیری نقرس بیماری متابولیکی مزمنی است که با افزایش اسید اوریک و التهاب شناخته می شود ( ۱). در این بیماری سطح اسید اوریک افزایش می یابد و باعث تشکیل کریستالهایی می شود که در مفاصل تجمع پیدا می کند. بیماری شایع نقرس بیشتر در مردان و در سنین ۴۰ تا ۵۰ سال دیده می شود. اسید اوریک محصول زائدی است که از تجزیه برخی از مواد غذایی به خصوص پروتئین ها در بدن تولید می شود. تصفیه اسید اوریک در بدن توسط کلیه ها انجام می شود و این مایع مضر با ادرار دفع می شود ولی زمانیکه مقدار آن زیاد باشد فرایند تصفیه و دفع با موفقیت انجام نمی شود و مقدار اضافی آن در بدن جمع می شود. افزایش غلظت اسید اوریک در خون در نهایت به کریستالهای اورات تبدیل می شود که در اطراف مفاصل و بافت های نرم تجمع می یابد و این کریستالهای سوزن شکل مسئول التهاب و علائم دردناک نقرس هستند (4-2). آنزیم گزانتین اکسیداز با تولید اسید اوریک در بدن آنزیمی مهم در آسیب شناسی بیماری نقرس محسوب می شود، این آنزیم در بدن هیپوگزانتین و گزانتین را به اسید اوریک تبدیل می کند (6،5). آنزیم گزانتین اکسیداز در کنار تبدیل بازهای پورین به اسید اوریک، با مصرف اکسیژن مقادیر زیادی رادیکال آزاد و سوپراکسید نیز تولید می کند، در نتیجه، این آنزیم یکی از مهمترین منابع مولد یون سوپراکسید و رادیکال های آزاد در بدن است. این مواد در آسیب شناسی بیماریهای زیادی از جمله سرطان، تصلب شرائین و التهاب نقش دارند. از این رو، مهار کننده های این آنزیم از جمله داروی آلوپورینول به عنوان موثرترین داروهای ضد نقرس مطرح هستند. اما به دلیل عوارض جانبی این داروها به ویژه آلوپورینول مانند هپاتیت کامل، نارسایی کلیوی و سندرم استیونس جانسون (8،7) نیاز مبرم برای بررسی ترکیباتی که مهار کننده آنزیم XO با عوارض جانبی کمتر باشند وجود دارد. در طی سالهای گذشته چندین تحقیق و پژوهش در رابطه با QSAR و داکینگ ترکیبات دارویی مختلف به عنوان مهارکننده های انزیم گزانتین اکسیداز صورت گرفته است که در ذیل به معرفی گوشه ای از این فعالیت ها می پردازیم. Tang و همکاران (2019) با استفاده از روش Topomer CoMFA، و 3D-QSAR و مدل سازی مولکولی تحقیقاتی بر روی اثربازدارندگی آنالوگهای فبوکسوستات بر روی آنزیم XO انجام دادند. در این تحقیق نتایج حاصل از مدل های QSAR نشان داد که مقادیر q2 و r2 مناسب هستند و این ترکیبات در جایگاه فعال آنزیم به خوبی داک شده اند و می توانند برای طراحی ترکیبات جدید با فعالیت بهتر مورد استفاده قرار می گیرند (15). مطالعه حاضر که بر مبنای مطالعات QSAR و داگینگ مولکولی انجام شده است بیانگر این موضوع است که مهار کردن این انزیم می تواند نقش مهمی در مهار آنزیم گزانتین اکسیداز و درمان نقرس داشته باشد.نتایج بدست امده نشان می دهد که ترکیبات جدیدی برای مهار این انزیم می تواند در مرحله in vitro و in vivo مورد بررسی قرار گیرند.

خلاصه نتایج حاصله

یافته ها برای XO، نتایج بدست امده شامل، q2=0.799، r2=0.948 و F=123.454 برای CoMFA می باشد و برای CoMSIA نتایج بدست آمده شامل، q2=0.772، r2=0.956 و F= 120.793 می باشد. داکینگ مولکولی برای انزیم XO با PDB=1FIQ انجام شد.

فایل های پژوهش