تاثیر پودوفیلوتوکسین به عنوان القاء کننده آپوپتوز با استفاده از روش داکینگ مولکولی

زمینه و هدف: پودوفیلوتوکسین به عنوان یکی از درمان‌های اصلی زگیل‌های تناسلی استفاده می‌شود. این ترکیب پیش ماده دارویی اتوپوزاید و تنی‌پوزاید است که در درمان سرطان‌های مختلف کاربرد دارد. علی‌رغم نگارش تعداد زیادی پژوهش‌ در زمینه سرطان‌ها، مکانیسم دقیق پودوفیلوتوکسین، مجهول و حل نشده باقی مانده است. سرکوب فعالیت آنزیمی کاسپازهای بالغ در سلول‌های سرطانی در حضور اعضای خاص خانواده پروتئین های بازدارنده‌ آپوپتوز(iaps) مانند پروتئین بازدارنده‌ی آپوپتوز وابسته به کروموزوم x (xiap)، پروتئین شماره 1 بازدارنده آپوپتوز سلولی(ciap1) و سوروایوین(survivin) رخ می‌دهد. با اتصال ویژه مقلدهای دومین فعال‌کننده کاسپاز مشتق از میتوکندری به این تنظیم کننده‌های منفی آپوپتوز، مهار کاسپازهای مربوط به واسطه پروتئین های مهارکننده آپوپتوز(iaps) برطرف می‌شود و آپوپتوز القا می‌شود. هدف از این مطالعه تعیین مکانیسم اثر پودوفیلوتوکسین به عنوان القاء کننده آپوپتوز با استفاده از روش داکینگ مولکولی بود. روش بررسی: این مطالعه بیوانفورماتیک در سال 1399 انجام شد. برای محاسبات برهمکنش مولکولی پودوفیلوتوکسین با پروتئین‌های مرتبط با کاسپازهای آغازگر و افکتور شامل ناحیه سومین تکرار iap باکلوویروس (bir3)از xiap/ciap1 و سوروایوین، لنفومای 2 لنفوسیت‌های بی (bcl2)و گیرنده فاکتور رشد اپیدرمی(egfr) از روش داکینگ مولکولی استفاده شد. جایگاه اتصال نظری پودوفیلوتوکسین بر روی این پروتئین‌های آنتی‌آپوپتیک به عنوان مهارکننده تعیین شد تا اطلاعاتی از نحوه برهمکنش اولیه، انرژی آزاد اتصال و ثابت مهار به دست آید. داده‌های جمع‌آوری شده با استفاده از نرم افزارهای مختلف و مقایسه با نتایج مقالات مرتبط تجزیه و تحلیل شدند. یافته‌ها: فعالیت پروآپوپتوتیک پودوفیلوتوکسین به عنوان یک عامل القاکننده آپوپتوز با مسیرهای سیگنالی کاسپازهای 3، 7، 8 و 9 مرتبط است. مکانیسم‌های کلیدی فعال‌سازی این کاسپازها ممکن است به دلیل اتصال پودوفیلوتوکسین و القاء تغییرات کنفورماسیونی در جایگاه‌های اتصال bir3 از xiap/ciap1 و سوروایوین باشد که در نزدیکی یا در همان محل اتصال مقلدهای دومین فعال‌کننده کاسپاز مشتق از میتوکندری قرار گرفته‌اند. سه پیوند هیدروژنی قوی با اسیدآمینه‌های تیروزین 108، سرین 117 و گلوتامات 118، نقش‌ مهمی در تثبیت و پایدار سازی کمپلکس bcl2 پودوفیلوتوکسین ایفا می‌کند. پودوفیلوتوکسین مشابه مهارکننده‌های egfr چندین برهمکنش‌ هیدروفوب و دو پیوند هیدروژنی قوی با ترئونین 830 و متیونین 769 با انرژی آزاد پیوندی 7.85 کیلوکالری بر مول و ثابت مهار 1.76=ki میکرومولار تشکیل می‌دهد. نتیجه‌گیری: القای آپوپتوز در سلول‌های سرطانی به وسیله پودوفیلوتوکسین می‌تواند به چندین مکانیسم مختلف نسبت داده شود. کنفورماسیون‌های پیوندی پیش‌بینی شده نشان داد که پودوفیلوتوکسین دارای پتانسیل مهارکنندگی ارزشمندی می‌باشد. بنابراین، پودوفیلوتوکسین ممکن است به عنوان یک عامل ضد سرطان موثر برای پژوهش‌های بیشتر در توسعه دارو مورد توجه باشد.

The Effect of Podophyllotoxin as an Inducer of Apoptosis Using Molecular Docking Method

Background and aim: Podophyllotoxin is used as one of the main treatments for genital warts. It is a precursor of etoposide and teniposide, which is used in the treatment of various cancers. Despite a large number of cancer studies, the exact mechanism of podophyllotoxin remains unknown. Suppression of enzymatic activity of adult caspases occurs in cancer cells in the presence of specific members of the inhibitor of apoptosis proteins (IAPs) family such as Xlinked inhibitor of apoptosis protein (XIAP), cellular inhibitor of apoptosis proteins (cIAP1), and Survivin. By specifically binding a second mitochondriaderived activator of caspasesmimetics (Smacmimetics) to negative apoptosis regulators, inhibition of IAPsmediated caspases is eliminated and apoptosis is induced. The aim of the present study was used to determine the mechanism of action of podophyllotoxin as an inducer of apoptosis using molecular docking method. Methods: The present bioinformatics study was conducted in 2020. Molecular docking method was used to calculate the molecular interaction of podophyllotoxin with proteins associated with initiator and effector caspases including baculovirus IAP repeat (BIR3) of XIAP / cAIP1 and Survivin, as well as Bcell lymphoma2 (Bcl2) and epidermal growth factor receptor (EGFR). The theoretical binding site of podophyllotoxin on these antiapoptotic proteins was determined as an inhibitor to obtain information on the initial interaction, free binding energy and inhibition constant by molecular docking method. The collected data were analyzed using different software and compared with the results of related articles. Results: The proapoptotic activity of podophyllotoxin as an apoptoticinducing agent is associated with the signaling pathways of caspases 3, 7, 8, and 9. The key activation mechanisms of these caspases may be due to podophyllotoxin binding and induction of conformational changes at active sites of the XIAP / cAIP1BIR3 and Survivin located near or at the same Smacmimetics binding site. Three strong hydrogen bonds with the amino acids Tyr108, Ser117 and Glu118 play important roles in the stabilization of the Bcl2podophyllotoxin complex. Podophyllotoxin, similar to EGFR inhibitors, forms several hydrophobic interactions and two strong hydrogen bonds with Thr830 and Met769 with a bondfree energy of 7.85 kcal / mol and an inhibition constant of Ki = 1.76 micro;M. Conclusion: Induction of apoptosis in cancer cells by podophyllotoxin can be attributed to several different mechanisms. Predicted binding conformations showed that podophyllotoxin had valuable inhibitory potential. Therefore, podophyllotoxin may be considered as an effective anticancer agent for further research into drug development.