Воспаление – это патологическая реакция, возникающая в организме в ответ на повреждение, представляет собой защитный процесс, включающий в себя каскад сложных биохимических и биологических реакций, одной из ступеней которого является активация специфических ферментов – циклооксигеназ. Фермент циклооксигеназа является мишенью соединений обладающих противовоспалительной активностью [1–3]. Анализируемыми соединениями в исследованиях количественной зависимости «структура – свойство» являются производные антраниловой кислоты [4, 5]. Соединения из ряда производных антраниловой кислоты проявляют различные виды биологической активности [6], в том числе и противовоспалительной [7]. Для проведения исследований взаимодействия биологически активных соединений производных антраниловой кислоты с выбранными мишенями – циклооксигеназой 1 и 2, использовали молекулярный докинг. Экспериментальное проведение молекулярного докинга, с использованием специализированных программ, занимает длительное время. Высокопроизводительный скрининг включает в себя сокращение временных затрат, при сохранении исходной эффективности. Поэтому актуальным является создание моделей структура – свойство, позволяющих используя информацию о структуре рассчитать скоринговые функции исследуемого ряда соединений.

Цель исследования: проведение теоретического расчёта скоринговых функций, полученных методом молекулярного докинга по циклооксигеназам (ЦОГ) 1 и 2 амидов и гидразидов N-ароил галоген(Н)антраниловых кислот с помощью количественных моделей «структура – свойство» зависимости скоринговых функций от квантово-химических и структурных дескрипторов.

Объектом исследования являются замещенные амиды и гидразиды N-ароил галоген (Н) антраниловых кислот 22 (соединения).

X = H, R1 = C6H4 (4–Br),

R2 = NHCH2CH = CH2; (1)

X = H, R1 = 2–фурил,

R2 = NHCH2CH = CH2; (2)

X = Br, R1 = C6H4 (2–COOH), R2 = NH2 ; (3)

X = Br, R1 = 2–фурил,

R2 = NHC6H11 (циклогексил); (4)

X = I, R1 = 2–фурил, R2 = NHCH2C6H5; (5)

X = H, R1 = C6H4 (4–NO2),

R2 = NHCH2CH = CH2 ; (6)

X = Br, R1 = 2–фурил,

R2 = NHNHCOCH2Cl; (7)

X = Br, R1 = 2–фурил,

R2 = NHCH2CH2CH(CH3)2; (8)

X = Br, R1 = 2–фурил, R2 = NHCH3 ; (9)

X = Br, R1 = 2–фурил, R2 = NHCH2C6H5; (10)

X = I, R1 = 2–фурил, R2 = NHCH3; (11)

X = H, R1 = C6H2 (3, 4, 5–(OCH3)3),

R2 = NHCH2CH = CH2; (12)

X = Br, R1 = 2–фурил,

R2 = NHNHCOCH2CH2CH3; (13)

X = Br, R1 = 2–фурил,

R2 = NHNHCO(2-фурил); (14)

X = Br, R1 = 2–фурил,

R2 = NHNHCOCH2C6H5; (15)

X = Br, R1 = 2–фурил,

R2 = NHNHCO C6H4 (2–COOH); (16)

X = I, R1 = 2–фурил, R2 = N(CH3)2; (17)

X = Br, R1 = C6H4 (2–OCH3), R2 = NH2; (18)

X = Br, R1 = C6H4 (3–NO2), R2 = NH2; (19)

X = Br, R1 = 2–фурил, R2 = NHNH2; (20)

X = H, R1 = C6H4 (4–OCH3),

R2 = NHCH2CH = CH2; (21)

X = I, R1 = C6H5, R2 = NHCH2CH2OH. (22)

Материалы и методы исследования

Проведение квантово-химических расчётов анализируемых структур лигандов и оптимизацию структуры проводили программой Gaussian 03 полуэмпирическим методом РМ3. Конвертирование оптимизированных структур в 3D-формат (.pdb) выполняли с использованием ChemBio3D Ultra 12,0. Расчёт структурных дескрипторов проведен с помощью программы ChemAxon.

Моделирование взаимодействия анализируемых лигандов с рецептором проводили с использованием программы AutoDock 4.0 в составе программы MGL Tools 1.5.6, с использованием Ламарковского генетического алгоритма. При проведении молекулярного докинга были использованы трёхмерные модели молекул фермента, информация о которых получена из базы данных RCSB Protein Data Bank ЦОГ 1 (PDB ID code: 3N8X [8]) и 2 (PDB ID code: 1PXX [9]). Перед проведением молекулярного докинга были удалены молекулы воды из структуры белка. Файлы лигандов и рецептора были конвертированы в формат PDBQT-файла, с добавлением недостающих атомов водорода и частичных атомных зарядов по методу Гастейгера.

Результаты исследования и их обсуждение

Для проведения исследований «структура – свойство» с целью получения значений скоринговых функций по ЦОГ 1 и 2, выполнили моделирование взаимодействия лиганда с рецептором программой AutoDock 4.0 в составе программы MGL Tools 1.5.6.

В результате проведенного докинга по ЦОГ-1 и 2 получены скоринговые функции: энергия связывания (Binding energy (BeЦОГ1 и BeЦОГ2)) и межмолекулярная энергия (Intermolecular energy (ImeЦОГ1)), характеризующие взаимодействие лиганда с рецептором (ЦОГ-1 и 2) (табл. 1).

Таблица 1

Значения скоринговых функций по ферментам ЦОГ 1 и 2 амидов и гидразидов N-ароил галоген (Н) антраниловых кислот

Квантово-химические дескрипторы рассчитаны программой Gaussian 03 с полной оптимизацией геометрии молекул. Для изучения зависимости BeЦОГ1, BeЦОГ2, ImeЦОГ1 от структуры мы использовали суммарные значения на атомах кислорода, азота, углерода: напряженности Σ(Е), потенциала Σ(φ) и величины заряда в модуле Σ(|q|) (табл. 2).

Установлено, что найденные уравнения имеют наибольшие значения коэффициента корреляции (R), критерия Фишера (F) и минимальные значения среднеквадратичной ошибки (S) и уровня значимости р не превышающего 0,05 (табл. 3).

Заключение

Выполнены исследования взаимодействия анализируемых производных с ЦОГ 1 и 2 методом молекулярного докинга, в результате получены скоринговые функции BeЦОГ1, BeЦОГ2, ImeЦОГ1.

Рассчитаны квантово-химические и структурные дескрипторы для проведения множественного линейного регрессионного анализа с использованием программы Statistica 6. По результатам проведенного анализа выбраны дескрипторы с высоким коэффициентом корреляции по отношению к исследуемым скоринговым функциям (BeЦОГ1, BeЦОГ2, ImeЦОГ1): О(|q|), C(X)D, O(X)D, H(Z)D, Sum(O)D, C(Y)D(+), Sum(C)D, H(X)D, Sum(C)D(+).

Получены уравнения регрессии с использованием множественного линейного регрессионного анализа программой Statistica 6, зависимости BeЦОГ1, BeЦОГ2, ImeЦОГ1 от квантово-химических и структурных дескрипторов, в результате получены три модели в виде уравнений 1–3.

Значимость составленных уравнений зависимости «структура – свойство» была доказана с использованием критерия Фишера и вычисленного значения р, при α = 0,05. Вычисленные значения р для всех трёх уравнений не превышают уровень значимости α = 0,05.

Таким образом, полученные модели «структура – свойство» могут быть использованы для моделирования молекулярного докинга по ЦОГ 1 и 2, прогнозированием скоринговых функций соединений производных антраниловой кислоты, которые планируется синтезировать.