Covid-19 is an ongoing pandemic as we speak in 2022. This infectious disease is caused by the SARS-CoV-2 virus, which infects cells by binding to the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor on the cell surface. Thus, strategies that inhibit the binding of SARS-CoV-2 to the ACE2 receptor can stop this contagion. Hanjeli (Coix lacryma-jobi) essential oil contains many bioactive compounds, including dodecanoic acid; tetradecanoic acid; 7-Amino-8-imino-2-(2-imino-2H-chromen-3-yl); and 1,5,7,10-tetraaza-phen-9-one. These compounds suppress viral replication and may prevent Covid-19. Accordingly, this study assessed whether, these four limonoid compounds can block the ACE2 receptor. To this end, their physicochemical properties were predicted using Lipinski's "rule of five" on the SwissADME website, and their toxicity was assessed using the online tools ProTox and pkCSM. Additionally, their interactions with the ACE2 receptor were predicted via molecular docking using Autodock Vina. All the four compounds satisfied the "rule of five" and tetradecanoic acid was predicted to have a higher affinity than the comparison compound remdesivir and the original ligand of ACE2. Molecular docking results suggested that the compounds from hanjeli essential oil interact with the active site of the ACE2 receptor similarly as the original ligand and remdesivir. In conclusion, hanjeli essential oil contains compounds predicted hinder the interaction of SARS-CoV-2 with the ACE2 receptor. Accordingly, our data may facilitate the development of a phytomedical strategy against SARS-CoV-2 infection.
Seungchan An;Jaemoo Chun;Joohee Lee;Yeong Shik Kim;Minsoo Noh;Hyejin Ko
Biomolecules & Therapeutics
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v.32
no.5
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pp.627-634
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2024
Sesquiterpene lactones, a class of natural compounds abundant in the Asteraceae family, have gained attention owing to their diverse biological activities, and particularly their anti-proliferative effects on human cancer cells. In this study, we systematically investigated the structure-activity relationship of ten sesquiterpene lactones with the aim of elucidating the structural determinants for the STAT3 inhibition governing their anti-proliferative effects. Our findings revealed a significant correlation between the STAT3 inhibitory activity and the anti-proliferative effects of sesquiterpene lactones in MDA-MB-231 breast cancer cell lines. Among the compounds tested, alantolactone and isoalantolactone emerged as the most potent STAT3 inhibitors, highlighting their potential as candidates for anticancer drug development. Through protein-ligand docking studies, we revealed the structural basis of STAT3 inhibition by sesquiterpene lactones, emphasizing the critical role of hydrogen-bonding interactions with key residues, including Arg609, Ser611, Glu612, and Ser613, in the SH2 domain of STAT3. Furthermore, our conformational analysis revealed the decisive role of the torsion angle within the geometry-optimized structures of sesquiterpene lactones in their STAT3 inhibitory activity (R=0.80, p<0.01). These findings not only provide preclinical evidence for sesquiterpene lactones as promising phytomedicines against diseases associated with abnormal STAT3 activation, but also highlight the importance of stereochemical aspects in their activity.
Kim, Chan-Kyung;Lee, Kyung-A;Zhang, Hui;Cho, Hyeong-Jin;Lee, Bon-Su
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.28
no.7
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pp.1141-1150
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2007
Molecular modeling study has been performed to assist in the design of PTP1B inhibitors using FlexX. FlexX dockings with 19 test ligands, whose structures have been determined by X-ray crystallography, were successful in reproducing the experimental conformations within the protein. An increase in biological activity is observed as hydrophobic character of formylchromone derivatives increases. Most ligands bind to the activesite regions of the protein successfully in two different score runs. The Drug score run gave better results than the FlexX score run based on the score, rank, binding modes and bond distance of docked structures. Consensus values from the CScore scoring function are between 3 and 5, suggesting that the scoring scheme is reliable. All formylchromone inhibitors considered in this work show unidirectional binding modes in the active site pocket, which is contrary to the bidirectional X-ray results by Malamas et al. and amino acid residues responsible for such orientation are identified to help further development of the inhibitors.
Objectives: This study was conducted in order to investigate the specific correlation between physicochemical properties and bioactivity in ecdysteroids found in living organisms. Methods: The examined steroidal compounds were classified into three groups according to their relevance to ecdysone activity. Each compound molecule was completely drawn to automatically calculate its physicochemical parameters and docked against 20-hydroxyecdysone to calculate the total distance. Electronic charge distribution was also observed for each molecule. All procedures were conducted using a computational chemistry program. Results: Ecdysone agonists showed different ranges of parameter values, such as log P, hydrophilic-lipophilic balance (HLB), solubility parameter (SP), hydrophilic surface (HPS), hydrogen bond (HB) and Kappa 2, when compared with antagonists and steroids without ecdysone activity. They also showed a similar electronic charge distribution that is significantly different from the electron charge distribution of antagonists and steroids without ecdysone activity. The total distance values of agonists, estimated by docking them with 20-hydroxyecdysone, were relatively small but showed no correlation with binding affinity with receptor ligand. Conclusions: These results suggest that physicochemical properties such as steric and electronic effects, hydrophobicity and hydrogen bonding may operate in combination to determine the binding activity of ecdysteroids to the receptor protein.
Inhibition of human phenylethanolamine N-methyltransferase (hPNMT) has been proposed as a method for the treatment of several mental processes which related on adrenaline metabolism. We performed in silico screening to identify flavonoid inhibitors of hPNMT using automated docking method and selected 9 inhibitor candidates based on ligand score (LigScore) and binding free energy (${\Delta}G_{bind}$) estimation. Among 9 flavonoid candidates, 7 flavonoids belong to flavones while the rest of them belong to flavanone. All candidates have common chemical features; two hydrogen bond interactions with side chain of Lys75 and backbone carbonyl oxygen of Asn39, and two hydrophobic interactions. One hydrophobic site is formed by Val53, Leu262, and Met258 and the other is made up of Phe182, Ala186, Tyr222, and Val269. This study can be helpful to understand the structural features for inhibition of PNMT and showed flavonoids as promising inhibitor candidates for hPNMT.
Among 23 cytochrome P450s, CYP125A4 was proposed as a putative monooxygenase based on the high level of amino acid sequence homology (54% identity and 75% similarity) with the well characterized C27-steroid $Mycobacterium$$tuberculosis$ CYP125A1. Utilizing MTBCYP125A1 as a template, homology modeling of SPCYP125A4 was conducted by Accelrys Discovery Studio 3.1 software. The modeled SPCYP125A4 structure with lowest energy value was subsequently assessed for its stereochemical quality and side-chain environment. The final model was generated by showing its active site through the molecular dynamics. The docking of steroids showed broad specificity of SPCYP125A4 with different orientation of ligand within active site facing the heme. One poses of C27-steroid with C26 facing the heme with distance of 3.734 ${\AA}$ from the Fe were predominant.
A class A ${\beta}$-lactamase from Staphylococcus aureus PC1 complexed with 3R,5R-clavulanate is studied. The starting geometry for the computation is the crystal structure of the ${\beta}$-lactamase. Docking of the clavulanate to the enzyme is done exploiting the requirements of electrostatic and shape complementarity between the enzyme and clavulanate. This structure is then hydrated by water molecules and refined by energy minimization and short molecular dynamics simulation. In the energy refined structure of this complex, the carboxyl group of the clavulanate is hydrogen bonded to Lys-234, and the the carbonyl carbon atom of the clavulanate is adjacent to the $O_{\gamma}$ of Ser-70. It is found that a crystallographic water molecule initially located at the oxyanion hole, which is formed by the two -NH group of Ser-70 and Gln-237, is replaced by the carbonyl oxygen atom of the 3R,5R-clavulanate after docking and energy reginement. The crystallographic water molecules are proved to be important in ligand binding. Glu-166 residue is found to be repulsive to the binding of clavulanate, which is in agreement with experimental observation. Arg-244 residue is found to be important to the binding of clavulanate as well as to interaction with C2 side chain of the clavulanate. The electron density redistribution of the clavulanate on binding to the ${\beta}$-lactamase in studied by an ab initio quantum-mechanical calculation. A significant redistribution of electron density of the clavulanate is induced by the enzyme, toward the enzyme, toward the transition state of the enzymatic reaction.
Background: In the last two decades, pioneering research on anti-tumour activity of saffron has shed light on the role of crocetin, picrocrocin and safranal, as broad spectrum anti-neoplastic agents. However, the exact mechanisms have yet to be elucidated. Identification and characterization of the targets of bioactive constituents will play an imperative role in demystifying the complex anti-neoplastic machinery. Methods: In the quest of potential target identification, a dual virtual screening approach utilizing two inverse screening systems, one predicated on idTarget and the other on PharmMapper was here employed. A set of target proteins associated with multiple forms of cancer and ranked by Fit Score and Binding energy were obtained from the two independent inverse screening platforms. The validity of the results was checked by meticulously analyzing the post-docking binding pose of the picrocrocin with Hsp90 alpha in AutoDock. Results: The docking pose reveals that electrostatic and hydrogen bonds play the key role in inter-molecular interactions in ligand binding. Picrocrocin binds to the Hsp90 alpha with a definite orientation appropriate for nucleophilic attacks by several electrical residues inside the Hsp90-alpha ATPase catalytic site. Conclusion: This study reveals functional information about the anti-tumor mechanism of saffron bioactive constituents. Also, a tractable set of anti-neoplastic targets for saffron has been generated in this study which can be further authenticated by in vivo and in vitro experiments.
P38 mitogen activated protein (MAP) kinase is an important anti-inflammatory drug target, which can be activated by responding to various stimuli such as stress and immune response. Based on the conformation of the conserved DFG loop (in or out), binding inhibitors are termed as type-I and II. Type-I inhibitors are ATP competitive, whereas type-II inhibitors bind in DFG-out conformation of allosteric pocket. It remains unclear that how these allosteric inhibitors stabilize the DFG-out conformation and interact. Organosilicon compounds provide unusual opportunity to enhance potency and diversity of drug molecules due to their low toxicity. However, very few examples have been reported to utilize this property. In this regard, we performed docking of an inhibitor (BIRB) and its silicon analog (Si-BIRB) in an allosteric binding pocket of p38. Further, molecular dynamics (MD) simulations were performed to study the dynamic behavior of the simulated complexes. The difference in the biological activity and mechanism of action of the simulated inhibitors could be explained based on the molecular mechanics/generalized Born surface area (MM/GBSA) binding free energy per residue decomposition. MM/GBSA showed that biological activities were related with calculated binding free energy of inhibitors. Analyses of the per-residue decomposed energy indicated that van der Waals and non-polar interactions were predominant in the ligand-protein interactions. Further, crucial residues identified for hydrogen bond, salt bridge and hydrophobic interactions were Tyr35, Lys53, Glu71, Leu74, Leu75, Ile84, Met109, Leu167, Asp168 and Phe169. Our results indicate that stronger hydrophobic interaction of Si-BIRB with the binding site residues could be responsible for its greater binding affinity compared with BIRB.
Pistagremic acid (PA) is a bioactive triterpenoid isolated from various parts of Pistacia integerrima plants. The aim of this research was to investigate PA for reversion of multidrug resistant (MDR) mediated by P-glycoprotein using rhodamine-123 exclusion study on a multidrug resistant human ABCB1 (ATP-binding cassette, sub-family B, member 1) gene-transfected mouse T-lymphoma cell line in vitro. Results were similar to those with verapamil as a positive control. Docking studies of PA and standard Rhodamine123 were carried out against a P-gp crystal structure which showed satisfactory results. Actually, PA cannot bind exactly where co-crystallized ligand of P-gp is already present. However, the docking study predicted that if a compound gives a lesser score then it may have some potency. The docking scores of PA and Rhodamine were similar. Therefore, we can conclude that there are certain important chemical features of PA which are responsible for the inhibiting potency of P-gp.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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