Descoberta do análogo do hit andrographolide como uma potente ciclooxigenase

May 25, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8147 (2023) Citar este artigo

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A ciclooxigenase-2 (COX-2) é a principal enzima responsável pela conversão do ácido araquidônico em prostaglandinas que exibem propriedades pró-inflamatórias e, portanto, é uma proteína alvo potencial para o desenvolvimento de drogas anti-inflamatórias. Neste estudo, abordagens químicas e bioinformáticas foram empregadas para encontrar um novo e potente análogo de andrographolide (AGP) como um inibidor de COX-2 com melhores propriedades farmacológicas do que a aspirina e o rofecoxib (controles). A proteína COX-2 (604AA) humana com sequência completa de aminoácidos alfa (AF) foi selecionada e validada por sua precisão em relação às estruturas de proteína COX-2 relatadas (PDB ID: 5F19, 5KIR, 5F1A, 5IKQ e 1V0X), seguidas por múltiplas análise de alinhamento de sequência para estabelecer a conservação da sequência. A triagem virtual sistemática de 237 análogos de AGP contra a proteína AF-COX-2 rendeu 22 compostos principais com base no escore de energia de ligação (< − 8,0 kcal/mol). Estes foram ainda selecionados para 7 análogos por análise de docking molecular e investigados ainda mais para previsão de ADMET, cálculos de métricas de eficiência de ligantes, análise de mecânica quântica, simulação de MD, simulação de docking de energia potencial eletrostática (EPE) e MM/GBSA. A análise aprofundada revelou que o análogo de AGP A3 (3-[2-[(1R,4aR,5R,6R,8aR)-6-hidroxi-5,6,8a-trimetil-2-metilideno-3,4,4a, 5,7,8-hexahidro-1H-naftalen-1-il]etilideno]-4-hidroxioxolan-2-ona) forma o complexo mais estável com o AF-COX-2 mostrando o menor valor de RMSD (0,37 ± 0,03 nm) , um bom número de ligações de hidrogênio (proteína-ligante H-bond = 11 e proteína H-bond = 525), pontuação EPE mínima (- 53,81 kcal/mol) e menor MM-GBSA antes e depois da simulação (- 55,37 e − 56,25 kcal/mol, respectivamente) em comparação com outros análogos e controles. Assim, sugerimos que o análogo A3 AGP identificado pode ser desenvolvido como um promissor fármaco antiinflamatório à base de plantas, inibindo a COX-2.

A ciclooxigenase (COX ou prostaglandina G/H sintase) desempenha um papel vital na geração de mediadores biológicos, como prostaglandinas (PGs), tromboxane e prostacilinas a partir do ácido araquidônico. A enzima COX existe como duas isoformas: (i) a isoenzima COX-1 é constitutivamente ativa e envolvida principalmente em funções homeostáticas como a regulação da agregação plaquetária e acidez gástrica; (ii) em contraste, a forma isomérica da COX-2 induz durante condições patológicas como inflamação, dor e febre1,2,3. Para desenvolver drogas anti-inflamatórias e analgésicas, a COX-2 é um alvo viável e específico e várias drogas inibidoras da COX-2 foram desenvolvidas nas últimas décadas4. A COX-2 compreende 604 comprimentos de sequência de aminoácidos com três domínios principais: (i) o domínio do fator de crescimento epidérmico (EGF) (34-72 aminoácidos), (ii) o domínio de ligação à membrana (73-116 aminoácidos) e (iii) o domínio catalítico que contém os sítios ativos da COX e da peroxidase [UniProt-P35354]. Os sítios ativos da COX e da peroxidase são espacialmente distintos, mas funcionalmente ligados5. A proximidade com Tyr371 e Ser516 são os aminoácidos catalíticos críticos para o sítio ativo da COX-26. O resíduo de valina na posição 509 na COX-2 forma uma bolsa hidrofóbica (HYD) em seu sítio ativo e desempenha um papel fundamental na indução seletiva da enzima e, portanto, na resposta inflamatória7,8.

A COX-2 catalisa a reação em duas etapas: (i) a primeira etapa é a reação COX na qual o araquidonato é convertido em PG-G2 que ocorre no canal HYD do núcleo da proteína e (ii) a segunda etapa é a reação da peroxidase em que o PG-G2 é reduzido a PG-H2 (um importante precursor da prostaciclina e expresso durante a inflamação) que ocorre no sítio ativo contendo heme localizado próximo à superfície da proteína9. Os anti-inflamatórios não esteroidais (AINEs), especialmente os coxibes e a aspirina, reduzem a inflamação ao inibir a síntese de PG via interação covalente com o resíduo Ser-516 no sítio ativo da COX-210,11. Embora esses medicamentos sejam seguros e eficazes, eles podem causar toxicidade gastrointestinal, o que limita seu uso em pacientes altamente sensíveis. Projeto de inibidores seletivos de COX-2, incluindo celecoxib e rofecoxib (coxibs), inibem COX-2 em vez de COX-1 para proporcionar alívio da dor e propriedades anti-inflamatórias e prevenir desconfortos gástricos experimentados com AINEs não seletivos12,13,14 . O rofecoxibe é um AINE altamente seletivo devido à ausência de ácido carboxílico (portanto, menos irritante GI) e à presença de dois grandes ciclos aromáticos ligados a um anel heterocíclico central15. Além da seletividade e eficácia, do alto custo da droga, dos potenciais efeitos adversos cardiovasculares e do aumento do risco de acidente vascular cerebral isquêmico, o uso de inibidores da COX-2 é controverso16,17,18. Assim, há uma demanda urgente por uma droga terapêutica contra a COX-2 com efeitos colaterais mínimos ou inexistentes, preferencialmente de origem natural19.