Desain Obat Berbasis Struktur Dan Studi Molecular Docking Molekul Antikanker Paclitaxel [PDF]

Citation preview

DESAIN OBAT BERBASIS STRUKTUR DAN STUDI MOLECULAR DOCKING MOLEKUL ANTIKANKER PACLITAXEL, ETOPOSIDE DAN TOPOCETAN MENGGUNAKAN LIGAN NOVEL



KELOMPOK 2B ADELA KHASNA FATKHUROHMAT (1810631210054) RISKY AGUNG IDWAR PRATAMA (1810631210078) WILVY SALSABILLA (1810631210091)



PRODI FARMASI FAKULTAS ILMU KESEHATAN UNIVERSITAS SINGAPERBANGSA KARAWANG 2021



Latar belakang Tubulin merupakan target biokimia untuk beberapa obat antikanker yang dipergunakan secara klinis sebab membantu dalam pembentukan gelendong mitosis selama termin mitosis pembelahan sel. Banyak obat anti kanker diketahui berinteraksi dengan tubulin serta mikrotubulus termasuk beberapa alkaloid tumbuhan, mirip paclitaxel, etoposide serta topotecan.dalam silikon desain obat dari molekulmolekul ini dilakukan sebelum menguji obat-obatan ini in vitro. Di dalam desain obat silico obat anti kanker ini menjadi tantangan sebab struktur protein sasaran yang kompleks. Tantangan ini diatasi menggunakan memprediksi struktur protein target (tubulin) dengan pemodelan homologi. Poly agen fisik serta kimia diketahui mengakibatkan kanker, seperti asap tembakau, asbes yang dihirup, radiasi pengion, hormon, serta gaya hidup. Hal ini disebabkan terutama sebab mutasi pada DNA pada dalam sel. Mereka telah mengganti jalur pensinyalan sel yang menonaktifkan sel untuk mengidentifikasi frekuwensi buat proliferasi sel sebagai akibatnya memungkinkan sel buat tumbuh tak terkendali. Sel kanker membuatkan stigma di kontrol daur sel serta jalur apoptosis karena stres atau DNA kerusakan. Faktor-faktor ini memungkinkan sel-sel kanker buat tumbuh, membelah dan bermetastasis ke bagian lain asal tubuh. Obat anti kanker adalah molekul yang bekerja di proses mitosis dalam siklus sel dan bertanggung jawab untuk menghambat pembelahan sel menjadi 2 sel anak. Jalur yang berbeda dikaitkan menggunakan sifat anti-kanker dari setiap molekul atau obat. Molekul anti-kanker dapat menargetkan galat satu jalur berikut, yaitu jalur dependen dan independen MyD88 terkait TLR-4, transduser frekuensi Janus Kinase (JAK-) serta jalur aktivator faktor transkripsi (STAT), MAP kinase, protein apoptosis mirip Bad dan Bax, fosforilasi Bcl2 serta Faktor nuklir kappa B (NF-!B). Perubahan di galat satu jalur ini akan membantu dalam pengembangan molekul anti-kanker buat lini sel kanker yg resistan terhadap obat. Molekul antikanker mengaktifkan fungsi spesies oksigen reaktif (ROS) dan meningkatkan produksi hidroperoksida dengan menaikkan kegiatan nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADPH) oksidase, yang berkontribusi terhadap stres oksidatif serta mungkin berperan pada potensi kegiatan antikanker antikanker. molekul kanker. Perubahan atau transformasi pada susunan protein, rantai lipid atau urutan nukleotida bisa menyebabkan perubahan akbar pada sel yang mengakibatkan kematian sel.



Paclitaxel adalah obat kemoterapi yang digunakan untuk mengobati berbagai jenis kanker seperti kanker pankreas, paru-paru, prostat, kandung kemih, esofagus, melanoma, ovarium, serviks dan payudara. Paclitaxel, yaitu alkaloid vinca, taxanes, podophyllotoxins, camptothecin adalah alkaloid tanaman, yaitu diproduksi oleh tanaman. Mereka adalah siklus sel yang spesifik dan mempengaruhi sel-sel pada fase pembelahan sel yang berbeda. Molekul-molekul ini menghambat mikrotubulus di dalam sel yang mengakibatkan kematian sel. Etoposide juga merupakan obat antikanker berbasis alkaloid tumbuhan yang efektif melawan kanker prostat, lambung, kandung kemih, paru-paru, testis dan rahim. Mereka menghambat enzim topoisomerase II, menghambat replikasi DNA dan karenanya kematian sel. Topotecan adalah kelas lain dari molekul anti kanker yang berbasis alkaloid tanaman dan menghambat enzim topoisomerase II. Ini digunakan untuk mengobati kanker ovarium dan kanker paru-paru kecil.



Metode Pada penelitian ini, pendekatan perancangan obat berbantuan personal komputer diterapkan buat memprediksi lokasi docking yang sesuai di protein sasaran serta interaksi protein tubulin menggunakan paclitaxel, etoposide dan topotecan dieksplorasi dengan docking molekuler memakai software Schrödinger. Skor docking serta tenaga luncur ditentukan menggunakan ligan buat memvalidasi sifat antikankernya. Dalam silikon merancang obat adalah metode yang efisien untuk memahami aktivitas reseptor. Desain Obat Berbasis Struktur (SBDD) dilakukan karena struktur tiga dimensi tubulin tidak tersedia di bank data protein (PDB). Agen antikanker paclitaxel, etoposide dan topotecan diambil dari database senyawa PubChem NCBI untuk identifikasi ligan. Senyum kanonik dari ligan ini diambil dan digunakan untuk menghasilkan struktur dua dimensi.



Gambar (1). Struktur 2D dari Paclitaxel



Gambar (2). Struktur 2D Etoposide



Gambar (3). Struktur 2D Topotecan



Prediksi Struktur Tubulin Melalui Pemodelan Homologi Struktur tiga dimensi tubulin diperoleh melalui pemodelan homologi. Urutan asam amino protein tubulin dalam format fasta digunakan untuk melakukan pemodelan homologi. Rantai Tubulin alpha-1A diambil dalam format fasta dari www.expassy.org. Paket perangkat lunak Schrödinger memfasilitasi modul Prime untuk melakukan prediksi struktur urutan primer protein melalui pemodelan homologi (HM). Interaksi Ligan Target Melalui Docking Molekuler Docking molekuler tubulin dilakukan dengan menggunakan ligan yang teridentifikasi. Langkah awal dalam docking terdiri dari persiapan protein. Protein reseptor diambil dari model struktur homolog tubulin, maka file model dimasukkan dalam perangkat lunak berlisensi Schrödinger. Persiapan protein lebih lanjut dilakukan dengan menggunakan wizard persiapan protein dari Schrödinger maestro suite. Ini termasuk optimalisasi struktur melalui minimisasi penahan dan penghilangan molekul air di sekitarnya. Seluruh proses diakhiri dengan docking molekul reseptor dengan ligan yang digunakan dalam suite Maestro. Protein yang dimodelkan dirapatkan dengan ligan yang diambil dari PubChem dan templat dihasilkan oleh pemodelan homologi. Diagram interaksi ligan dihasilkan sebagai hasil untuk menggambarkan interaksi asam amino yang berpartisipasi



dengan ligan. Skor docking dengan nilai negatif tertinggi dipilih sebagai interaksi yang lebih baik antara bagian protein dan ligan.



Hasil (Interpretasi tabel/gambar) dan Pembahasan Ligan diperoleh dari database senyawa PubChem yang dilakukan docking molekuler untuk molekul antikanker. Hasil docking molekuler ligan dengan reseptornya diselidiki dalam bentuk Docking Score (DS) dan Glide Energy (GE). Docking score secara kuantitatif menunjukkan korelasi interaksi antara reseptor dan ligan, disebut juga sebagai Glide Score (GS). Glide Energy mengukur energi bebas yang dilepaskan sebagai akibat aktivitas ligan pada protein target. 1. Molekul Antikanker Paclitaxel Interaksi protein target tubulin dan ligan pactitaxel menunjukkan terbentuknya dua ikatan hidrogen.



Gambar 4A menunjukkan interaksi 3D antara tubulin dan paclitaxel, sedangkan gambar 4B menggambarkan diagram interaksi ligan antara tubulin dan paclitaxel.



Dalam struktur 3D, garis putus-putus kuning mewakili ikatan hidrogen antara protein dan ligan. Warna merah dan biru masing-masing menunjukkan oksigen dan nitrogen, sedangkan abu-abu dan putih masing-masing menggambarkan kerangka karbon dan hidrogen. Dalam diagram interaksi ligan, garis putus-putus berwarna ungu mewakili interaksi ikatan hidrogen antara ligan (molekul anti-kanker) dan rantai samping protein



target (tubulin), sedangkan garis putus-putus berwarna ungu mewakili interaksi ikatan hidrogen antara ligan dan tulang punggung protein. Interaksi paclitaxel dengan tubulin menunjukkan adanya ikatan hidrogen dan interaksi lemah Van der Waals lainnya. Gugus hidroksil (OH) dari paclitaxel mendekati dengan satu ikatan hidrogen ke GLU71 tubulin dan 1 oksigen ligan lainnya membentuk ikatan hidrogen dengan asam amino ASN101. Hal ini menyebabkan docking score -4,141 dengan glide energy -46,979 kkal/mol.



2. Molekul Antikanker Etoposide



Gambar 5A menunjukan interaksi tiga dimensi tubulin dan etoposida.



Gambar 5B menunjukkan asam amino dari kisi-kisi yang mengelilingi ligan etoposida. Interaksi etoposida dengan tubulin menunjukkan adanya lima ikatan hidrogen dan interaksi lemah lainnya. Dua gugus hidroksil etoposida menunjukkan interaksi dengan GLU183 tubulin dan membentuk dua ikatan hidrogen. Dua oksigen lainnya mendekati GLN11 dan THR179 untuk membentuk masing-masing dua ikatan hidrogen. Satu molekul oksigen berinteraksi dengan asam amino tulang punggung ASN101 untuk membentuk ikatan hidrogen dengan tulang punggung protein. Interaksi ini menghasilkan docking score sebesar -4.916 dengan glide energy sebesar -46,470 kkal/mol yang dapat dilihat pada tabel 1.



3. Molekul Antikanker Topocetan.



Gambar 6A menggambarkan model interaksi 3D dari tubulin protein target dan ligan topotecan.



Gambar 6B menunjukkan susunan asam amino dari situs pengikatan yang digambarkan dalam diagram interaksi ligan.



Interaksi topotecan dengan tubulin menunjukkan adanya empat ikatan hidrogen dan interaksi lemah lainnya. Interaksi ikatan hidrogen utama dengan tulang punggung protein. Gugus hidroksil topotecan menunjukkan interaksi dengan ASP98 tubulin. Tiga molekul oksigen lainnya mendekati asam amino ASN101, GLY144 dan THR145 dari grid. Interaksi ini menghasilkan docking score -4.742 dan glide energy -46,876 kkal/mol yang dapat dilihat pada tabel 1.



Pembahasan Limfoma kinase anaplastik (ALK) digunakan sebagai target oleh Baskaran dan Ramachandran untuk mengidentifikasi obat untuk kanker paru-paru non-sel kecil. Mereka menggunakan software lab Argus untuk studi docking dan menemukan bahwa Crizotinib dan Sunitinib malate adalah obat yang paling cocok untuk ALK. Sebuah penelitian dilakukan oleh Sinha dan Vidyarthi untuk menemukan alternatif yang lebih baik untuk paclitaxel dengan menargetkan senyawa ini ke -rantai tubulin dan protein regulator apoptosis, Bcl-2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa analog paclitaxel menunjukkan skor docking yang lebih baik daripada paclitaxel per se. Reseptor estrogen manusia digunakan sebagai target untuk memasang berbagai obat komersial melawan kanker payudara menggunakan perangkat lunak HEX docking. Setelah berbagai obat obat komersial terbaik (Toremifen dan Raloxifene) ditentukan, mereka dimodifikasi untuk meningkatkan kompatibilitas sterik dan efisiensi pengikatan. Senyawa yang berasal dari tumbuhan aman digunakan tanpa atau tanpa efek samping yang minimal dan karenanya alkaloid tumbuhan telah digunakan sejak lama untuk mengobati berbagai penyakit termasuk kanker. Salah satu senyawa yang berasal dari daun tanaman,Azadirachta indica, digunakan untuk menargetkan protein kontrol siklus sel cdk1 menggunakan perangkat lunak lab Argus. Protein cdk ragi digunakan karena homolog dengan cdk manusia. Senyawa dalam daun yang menghambat protein cdk dapat dimanfaatkan sebagai obat anti kanker yang potensial.



Kesimpulan Dalam desain obat berbasis struktur kerja untuk tiga molekul, paclitaxel, etoposide dan topotecan, dilakukan menggunakan perangkat lunak Schrödinger untuk menetapkan molekul-molekul ini sebagai obat anti-kanker potensial yang menargetkan tubulin. Tubulin dipilih sebagai target karena membantu dalam pembentukan gelendong mitosis selama mitosis. Mekanisme kerja seluruh obat ini berbeda tetapi mereka menghentikan pembelahan sel selama mitosis. Di antara tiga molekul, etoposide menunjukkan interaksi terbaik dengan tubulin. Skor docking dari interaksi ini adalah -4.916 dan energi meluncur -46,470 kkal/mol. Disusul oleh topotecan yang memiliki skor docking sebesar -4.916 dengan energi luncur sebesar -46,876 kkal/mol. Pengetahuan tentang parameter ini akan membantu dalam pengembangan molekul baru sebagai agen anti-kanker yang potensial. NSdalam silikon Pendekatan desain dan pengembangan obat akan menghasilkan obat yang efisien dalam waktu dan biaya yang lebih rendah.(Yadav et al., 2019)



DAFTAR PUSTAKA



Yadav, M., Dhagat, S., & Eswari, J. S. (2019). Structure Based Drug Design and Molecular Docking Studies of Anticancer Molecules Paclitaxel, Etoposide and Topotecan using Novel Ligands. Current Drug Discovery Technologies, 17(2), 183–190. https://doi.org/10.2174/1570163816666190307102033