Siraj, Fayeza Md;Natarajan, Sathishkumar;Huq, Md Amdadul;Kim, Yeon Ju;Yang, Deok Chun
Journal of Ginseng Research
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제39권2호
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pp.141-147
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2015
Background: Adipocytes, which are the main cellular component of adipose tissue, are the building blocks of obesity. The nuclear hormone receptor $PPAR{\gamma}$ is a major regulator of adipocyte differentiation and development. Obesity, which is one of the most dangerous yet silent diseases of all time, is fast becoming a critical area of research focus. Methods: In this study, we initially aimed to investigate whether the ginsenoside Rf, a compound that is only present in Panax ginseng Meyer, interacts with $PPAR{\gamma}$ by molecular docking simulations. After we performed the docking simulation the result has been analyzed with several different software programs, including Discovery Studio, Pymol, Chimera, Ligplus, and Pose View. All of the programs identified the same mechanism of interaction between $PPAR{\gamma}$ and Rf, at the same active site. To determine the drug-like and biological activities of Rf, we calculate its absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxic (ADMET) and prediction of activity spectra for substances (PASS) properties. Considering the results obtained from the computational investigations, the focus was on the in vitro experiments. Results: Because the docking simulations predicted the formation of structural bonds between Rf and $PPAR{\gamma}$, we also investigated whether any evidence for these bonds could be observed at the cellular level. These experiments revealed that Rf treatment of 3T3-L1 adipocytes downregulated the expression levels of $PPAR{\gamma}$ and perilipin, and also decreased the amount of lipid accumulated at different doses. Conclusion: The ginsenoside Rf appears to be promising compound that could prove useful in antiobesity treatments.
Fusarium oxysporum, an important pathogen that mainly causes vascular or fusarium wilt disease which leads to economic loss. Disruption of gene encoding a heterotrimeric G-protein-${\beta}$-subunit (FGB1), led to decreased intracellular cAMP levels, reduced pathogenicity, colony morphology, and germination. The plant defense protein, Nicotiana alata defensin (NaD1) displays potent antifungal activity against a variety of agronomically important filamentous fungi. In this paper, we performed a molecular modeling and docking studies to find vital amino acids which can interact with various antifungal compounds using Discovery Studio v2.5 and GRAMMX, respectively. The docking results from FGB1-NaD1 and FGB1-antifungal complexes, revealed the vital amino acids such as His64, Trp65, Ser194, Leu195, Gln237, Phe238, Val324 and Asn326, and suggested that the anidulafungin is a the good antifungal compound.The predicted interaction can greatly assist in understanding structural insights for studying the pathogen and host-component interactions.
Abnormal regulation, hyperphosphorylation, and aggregation of the tau protein are the hallmark of several types of dementia, including Alzheimer's Disease. Increased activity of Glycogen Synthase Kinase-3β (GSK-3β) in the Central Nervous System (CNS), increased the tau hyperphosphorylation and caused the neurofibrillary tangles (NFTs) formation in the brain cells. Over the last two decades, numerous adenosine triphosphate (ATP) competitive inhibitors have been discovered that show inhibitory activity against GSK-3β. But these compounds exhibited off-target effects which motivated researchers to find new GSK-3β inhibitors. In the present study, we have collected the dataset of 31 C-Glycosylflavones derivatives that showed inhibitory activity against GSK-3β. Among the dataset, the most active compound was docked with the GSK-3β and molecular dynamics (MD) simulation was performed for 50 ns. Based on the 50 ns MD pose of the most active compound, the other dataset compounds were sketched, minimized, and aligned. The 3D-QSAR based Comparative Molecular Field Analysis (CoMFA) model was developed, which showed a reasonable value of q2=0.664 and r2=0.920. The contour maps generated based on the CoMFA model elaborated on the favorable substitutions at the R2 position. This study could assist in the future development of new GSK-3β inhibitors.
본 논문에서는 대규모의 계산 작업을 고성능으로 처리해야 하는 신약재창출 시뮬레이션 분야에 분산 슈퍼컴퓨팅 기술을 적용한 사례에 대해 논의하고자 한다. 신약재창출이란 기존에 알려진 약물의 새로운 적응증을 규명하는 것을 의미하며, 이러한 신약재창출은 비교적 짧은 수행시간을 갖는 대규모의 도킹(docking) 연산들을 고성능으로 처리해야한다는 점에서 Many-Task Computing (MTC) 성격을 지니고 있다. 이러한 MTC 응용들의 대표 사례로서 신약재창출 시뮬레이션을 분산 슈퍼컴퓨팅 환경 기반의 HTCaaS 시스템에 적용하였으며, 이를 통해 효율적인 작업 배포, 동적인 자원 할당 및 로드 밸런싱, 안정성 및 다양한 자원들의 효율적인 통합 등이 이러한 과학 응용들을 지원하는 데 있어 필수적인 기능임을 확인할 수 있었다.
Introduction: GTPases known as translation factor play a vital role as ribosomal subunit assembly chaperone. The bacterial Obg proteins ($Spo{\underline{0B}}$-associated ${\underline{G}}TP$-binding protein) belong to the subfamily of P-loop GTPase proteins and now it is considered as one of the new target for antibacterial drug. The majority of bacterial Obgs have been commonly found to be associated with ribosome, implying that these proteins may play a fundamental role in ribosome assembly or maturation. In addition, one of the experimental evidences suggested that Bacillus subtilis Obg (BsObg) protein binds to the L13 ribosomal protein (BsL13) which is known to be one of the early assembly proteins of the 50S ribosomal subunit in Escherichia coli. In order to investigate binding mode between the BsObg and the BsL13, protein-protein docking simulation was carried out after generating 3D structure of the BsL13 structure using homology modeling method. Materials and Methods: Homology model structure of BsL13 was generated using the EcL13 crystal structure as a template. Protein-protein docking of BsObg protein with ribosomal protein BsL13 was performed by DOT, a macro-molecular docking software, in order to predict a reasonable binding mode. The solvated energy minimization calculation of the docked conformation was carried out to refine the structure. Results and Discussion: The possible binding conformation of BsL13 along with activated Obg fold in BsObg was predicted by computational docking study. The final structure is obtained from the solvated energy minimization. From the analysis, three important H-bond interactions between the Obg fold and the L13 were detected: Obg:Tyr27-L13:Glu32, Obg:Asn76-L13:Glu139, and Obg:Ala136-L13:Glu142. The interaction between the BsObg and BsL13 structures were also analyzed by electrostatic potential calculations to examine the interface surfaces. From the results, the key residues for hydrogen bonding and hydrophobic interaction between the two proteins were predicted. Conclusion and Prospects: In this study, we have focused on the binding mode of the BsObg protein with the ribosomal BsL13 protein. The interaction between the activated Obg and target protein was investigated with protein-protein docking calculations. The binding pattern can be further used as a base for structure-based drug design to find a novel antibacterial drug.
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.
Amylosucrase (ASase, E.C. 2.4.1.4) is capable of efficient glucose transfer from sucrose, acting as the sole donor molecule, to various functional acceptor compounds, such as polyphenols and flavonoids. An ASase variant from Deinococcus geothermalis, in which the 226th alanine is replaced with asparagine (DgAS-A226N), shows increased polymerization activity due to changes in the flexibility of the loop near the active site. In this study, we further investigated how the mutation modulates the enzymatic activity of DgAS using molecular dynamics and docking simulations to evaluate interactions between the enzyme and phenolic compounds. The computational analysis revealed that the A226N mutation could induce and stabilize structural changes near the substrate-binding site to increase glucose transfer efficiency to phenolic compounds. Kinetic parameters of DgAS-A226N and WT DgAS were determined with sucrose and 4-methylumbelliferone (MU) as donor and acceptor molecules, respectively. The kcat/Km value of DgAS-A226N with MU (6.352 mM-1min-1) was significantly higher than that of DgAS (5.296 mM-1min-1). The enzymatic activity was tested with a small phenolic compound, hydroquinone, and there was a 1.4-fold increase in α-arbutin production. From the results of the study, it was concluded that DgAS-A226N has improved acceptor specificity toward small phenolic compounds by way of stabilizing the active conformation of these compounds.
Background: Ginsenoside Rf is a ginseng saponin found only in Panax ginseng that affects lipid metabolism. It also has neuroprotective and antiinflammatory properties. We previously showed that Korean Red Ginseng (KRG) inhibited the expression of cyclooxygenase-2 (COX-2) by hypoxia via peroxisome proliferator-activated receptor gamma ($PPAR{\gamma}$). The aim of the current study was to evaluate the possibility of ginsenoside Rf as an active ingredient of KRG in the inhibition of hypoxia-induced COX-2 via $PPAR{\gamma}$. Methods: The effects of ginsenoside Rf on the upregulation of COX-2 by hypoxia and its antimigration effects were evaluated in A549 cells. Docking of ginsenoside Rf was performed with the $PPAR{\gamma}$ structure using Surflex-Dock in Sybyl-X 2.1.1. Results: $PPAR{\gamma}$ protein levels and peroxisome proliferator response element promoter activities were promoted by ginsenoside Rf. Inhibition of COX-2 expression by ginsenoside Rf was blocked by the $PPAR{\gamma}-specific$ inhibitor, T0070907. The $PPAR{\gamma}$ inhibitor also blocked the ability of ginsenoside Rf to suppress cell migration under hypoxia. The docking simulation results indicate that ginsenoside Rf binds to the active site of $PPAR{\gamma}$. Conclusions: Our results demonstrate that ginsenoside Rf inhibits hypoxia induced-COX-2 expression and cellular migration, which are dependent on $PPAR{\gamma}$ activation. These results suggest that ginsenoside Rf has an antiinflammatory effect under hypoxic conditions. Moreover, docking analysis of ginsenoside Rf into the active site of $PPAR{\gamma}$ suggests that the compound binds to $PPAR{\gamma}$ in a position similar to that of known agonists.
In this study, we determined the effect of 24 different synthetic 4-benzylpiperidine carboxamides on the reuptake of serotonin, norepinephrine, and dopamine (DA), and characterized their structure-activity relationship. The compounds with a two-carbon linker inhibited DA reuptake with much higher potency than those with a three-carbon linker. Among the aromatic ring substituents, biphenyl and diphenyl groups played a critical role in determining the selectivity of the 4-benzylpiperidine carboxamides toward the serotonin transporter (SERT) and dopamine transporter (DAT), respectively. Compounds with a 2-naphthyl ring were found to exhibit a higher degree of inhibition on the norepinephrine transporter (NET) and SERT than those with a 1-naphthyl ring. A docking simulation using a triple reuptake inhibitor 8k and a serotonin/norepinephrine reuptake inhibitor 7j showed that the regions spanning transmembrane domain (TM)1, TM3, and TM6 form the ligand binding pocket. The compound 8k bound tightly to the binding pocket of all three monoamine reuptake transporters; however, 7j showed poor docking with DAT. Co-expression of DAT with the dopamine D2 receptor (D2R) significantly inhibited DA-induced endocytosis of D2R probably by reuptaking DA into the cells. Pretreatment of the cells with 8f, which is one of the compounds with good inhibitory activity on DAT, blocked DAT-induced inhibition of D2R endocytosis. In summary, this study identified critical structural features contributing to the selectivity of a molecule for each of the monoamine transporters, critical residues on the compounds that bound to the transporters, and the functional role of a DA reuptake inhibitor in regulating D2R function.
Jaffal, Sahar Majdi;Al-Najjar, Belal Omar;Abbas, Manal Ahmad
The Korean Journal of Pain
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제34권3호
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pp.262-270
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2021
Background: Transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) is a non-selective cation channel implicated in pain sensation in response to heat, protons, and capsaicin (CAPS). It is well established that TRPV1 is involved in mechanical allodynia. This study investigates the effect of Ononis spinosa (Fabaceae) in CAPS-induced mechanical allodynia and its mechanism of action. Methods: Mechanical allodynia was induced by the intraplantar (ipl) injection of 40 ㎍ CAPS into the left hind paw of male Wistar rats. Animals received an ipl injection of 100 ㎍ O. spinosa methanolic leaf extract or 2.5% diclofenac sodium 20 minutes before CAPS injection. Paw withdrawal threshold (PWT) was measured using von Frey filament 30, 90, and 150 minutes after CAPS injection. A molecular docking tool, AutoDock 4.2, was used to study the binding energies and intermolecular interactions between O. spinosa constituents and TRPV1 receptor. Results: The ipsilateral ipl injection of O. spinosa before CAPS injection increased PWT in rats at all time points. O. spinosa decreased mechanical allodynia by 5.35-fold compared to a 3.59-fold decrease produced by diclofenac sodium. The ipsilateral pretreatment with TRPV1 antagonist (300 ㎍ 4-[3-Chloro-2-pyridinyl]-N-[4-[1,1-dimethylethyl] phenyl]-1-piperazinecarboxamide [BCTC]) as well as the β2-adrenoreceptor antagonist (150 ㎍ butoxamine) attenuated the action of O. spinosa. Depending on molecular docking results, the activity of the extract could be attributed to the bindings of campesterol, stigmasterol, and ononin compounds to TRPV1. Conclusions: O. spinosa alleviated CAPS-induced mechanical allodynia through 2 mechanisms: the direct modulation of TRPV1 and the involvement of β2 adrenoreceptor signaling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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