Study of monkeypox virus thymidine kinase interaction with natural compounds using molecular docking

Document Type : Research Paper

Author
Tooba Abdizadeh
Clinical Biochemistry Research Center, Basic Health Sciences Institute, Shahrekord University of Medical Sciences, Shahrekord, Iran.
10.22034/cmr.2025.2277
Abstract
Monkeypox is a common disease between humans and animal that is caused by infection with the monkeypox virus. Thymidine kinase is a protein encoded by monkeypox virus and has thymidine and thymidylate phosphorylating activities and it plays a role in viral DNA replication and can be a promising target for the treatment of monkeypox. This study, to predict and assess the three-dimensional structure of thymidine kinase protein in monkeypox and the efficacy of plant phenolic compounds on this protein is done. The three-dimensional structure of thymidine kinase protein was predicted and assessed for the protein by the Swiss Model and Procheck servers, respectively. In the molecular docking method, the interactions of plant phenolic compounds and standard drug (ganciclovir) were investigated in the predicted model of thymidine kinase using MOE-2014 software. Then the physicochemical properties and biological activity of the compounds were predicted using Swiss ADME, PASS and Swiss Target Prediction software. The results of homology modeling showed that the proposed model has appropriate quality and stability and the best docking results are related to caffeic acid, curcumin, gallic acid and rosmarinic acid compounds with strong binding energy (-15.60 to -17.92 kcal/mol) compared to ganciclovir drug. Therefore, thymidine kinase protein could be a suitable target for designing novel drugs against monkeypox and plant phenolic compounds could be investigated as potential anti-monkeypox drugs in in vitro and in vivo studies.
Keywords
Monkeypox
Homology modeling
Molecular docking
Thymidine kinase
Phenolic compounds
Subjects

مطالعه برهمکنش پروتئین تیمیدین کیناز ویروس آبله میمونی با ترکیبات طبیعی با استفاده از داکینگ مولکولی

طوبی عبدی زاده

ایران، شهرکرد، دانشگاه علوم پزشکی شهرکرد، پژوهشکده علوم پایه سلامت، مرکز تحقیقات بیوشیمی بالینی

تاریخ دریافت: 17/10/1401      تاریخ پذیرش: 18/02/1402

چکیده

آبله­میمونی یک بیماری مشترک بین انسان و حیوان است که در اثر عفونت با ویروس آبله­میمونی ایجاد میشود. تیمیدین­کیناز پروتئینی است که توسط ویروس آبله­میمونی کدگذاری شده و دارای فعالیت­های فسفریله­کننده تیمیدین و تیمیدیلات است و در تکثیر DNA ویروسی نقش دارد و می­تواند یک هدف امیدوارکننده برای درمان آبله­میمونی باشد. این تحقیق به­منظور پیش­بینی و ارزیابی ساختار سه­بعدی پروتئین تیمیدین­کیناز در آبله­میمونی و اثر­بخشی ترکیبات فنولیک گیاهی بر روی این پروتئین مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار سه­بعدی پروتئین تیمیدین­کیناز توسط سرورهای Swiss Model و Procheck، به ترتیب، پیش­بینی و ارزیابی گردید. در روش داکینگ مولکولی، برهمکنش­های ترکیبات فنولیک گیاهی و داروی استاندارد (گانسیکلوویر) در مدل پیش­بینی­شده تیمیدین­کیناز با استفاده از نرم­افزاز 2014-MOE بررسی گردید. سپس خصوصیات فیزیکوشیمیایی و فعالیت بیولوژی ترکیبات با استفاده از نرم افزارهای Swiss ADME، PASS وSwiss Target Prediction پیش بینی گردید. نتایج همولوژی مدلینگ نشان داد که مدل پیشنهادی دارای کیفیت و پایداری مناسبی می­باشد و مهم­ترین پیوند­های درگیر در اتصال دارو با گیرنده، پیوند هیدروژنی، برهمکنش­های هیدروفوب و arene-H می­باشند. بهترین نتایج داکینگ مربوط به ترکیبات caffeic acid، curcumin، gallic acid و rosmarinic acid با داشتن انرژی اتصال قوی (60/15- تا 92/17- کیلو­کالری برمول) در مقایسه با داروی گانسیکلوویر می­باشد. بنابراین، پروتئین تیمیدین­کیناز می­تواند هدف مناسبی برای طراحی داروهای جدید در برابر آبله­میمونی باشد و ترکیبات فنولیک گیاهی می­توانند به عنوان داروهای بالقوه ضد آبله­میمونی در مطالعات in vitro و
in vivo بررسی شوند.

واژه­های کلیدی: آبله­میمونی، همولوژی مدلینگ، داکینگ مولکولی، تیمیدین­­کیناز، ترکیبات فنولیک

* نویسنده مسئول، پست الکترونیکی: t.abdizadeh@gmail.com

 

مقدمه

 

آبله­میمونی یک بیماری مشترک بین انسان و حیوان است که در اثر عفونت با ویروس آبله­میمونی ایجاد می­شود. ویروس آبله­میمونی از خانواده ویروس­هایی است که شامل ویروس واریولا (عامل آبله)، ویروس واکسینیا (مورد استفاده در واکسن آبله) و ویروس آبله­گاوی است (35). دو کلاد از ویروس آبله میمونی وجود دارد که شامل کلاد آفریقای غربی و کلاد حوضه کنگو (آفریقای مرکزی) می­باشد که مورد دوم با عوارض بیشتر، مرگ و میر و انتقال انسان به انسان همراه است. نام آبله­میمونی از کشف اولیه ویروس در میمون­ها در یک آزمایشگاه دانمارکی در سال ۱۹۵۸ نشات گرفته است و اولین مورد انسانی در یک کودک در کنگو در سال ۱۹۷۰ شناسایی شد و در ادامه نیز رفته­رفته در مناطقی همچون آفریقای مرکزی و غربی دیده شد (10، 42). تقریباً می­توان با اطمینان گفت که پس از این ماجراها، موارد ابتلای مشاهده­شده در خارج از آفریقا، به دلیل سفرهای بین­المللی و یا ورود حیوانات وارداتی گزارش شده­اند. شیوع آبله­میمونی در سال ۲۰۲۲ نشان­دهنده اولین شیوع انتقال گسترده جامعه در خارج از آفریقا است که در می ۲۰۲۲ در بریتانیا آغاز شد و موارد بعدی در اروپا، آمریکای شمالی و استرالیا تایید شد (8، 36). ویروس آبله­میمونی متعلق به جنس orthopoxvirus از خانواده poxviridae است. یک خانواده بزرگ و متنوع از ویروس­های DNA دو­رشته­ای که در سیتوپلاسم سلول­های آلوده تکثیر می­شوند. ویروس­های آبله دارای ساختارهای آجری یا بیضی شکل به طول 450-220 نانومتر و عرض260-140 نانومتر هستند (4، 48).

انتقال ویروس آبله­میمونی از طریق تماس با حیوان، انسان یا مواد آلوده به ویروس اتفاق می­افتد. ویروس می­تواند از طریق پوست آسیب­دیده (حتی اگر آسیب قابل مشاهده نباشد)، دستگاه تنفسی یا مخاط (چشم، بینی یا دهان) وارد بدن شود. انتقال از حیوان به انسان ممکن است از طریق گاز گرفتن یا زخمی کردن، فراوری گوشت، تماس مستقیم با خون و ترشحات بدن حیوان، یا تماس غیرمستقیم با مواد دفعی حیوان رخ دهد. تصور بر این است که انتقال از انسان به انسان عمدتاً از طریق قطرات تنفسی بزرگ اتفاق می­افتد. سایر روش­های انتقال از انسان به انسان شامل تماس مستقیم با ترشحات یا مواد دفعی و نیز تماس غیرمستقیم مثلا از طریق لباس­ها یا ملحفه­های آلوده است (34، 25). میزبان اصلی بیماری آبله­میمونی هنوز ناشناخته است، اگرچه تصور بر این است که جوندگان آفریقایی ممکن است در انتقال این بیماری نقش داشته باشند وگونه­های مختلف جانوری به عنوان میزبان حساس به ویروس آبله­میمونی شناسایی شده­اند. عدم قطعیت در مورد تاریخچه طبیعی ویروس آبله­میمونی وجود دارد و مطالعات بیشتری برای شناسایی دقیق و نحوه حفظ گردش ویروس در طبیعت مورد نیاز است. خوردن گوشت کم پخته شده و سایر محصولات حیوانات آلوده یک عامل خطر احتمالی است. آبله­میمونی به نظر می­رسد در برخی افراد، مانند کودکان، زنان باردار یا افرادی که به دلیل سایر شرایط سلامتی دچار سرکوب سیستم ایمنی هستند مانند افراد ایدزی، شدیدتر می­باشد. عفونت­های انسانی با گونه غرب آفریقا باعث بیماری با عوارض کمتری نسبت به گونه کنگو با نرخ مرگ و میر پایین­تر می­شود (8، 44، 54).

دوره کمون آبله­میمونی معمولا ۶ تا ۱۳ روز است اما می­تواند بین ۵ تا ۲۱ روز نیز متغییر باشد. معمولاً بیماری با پیش­درآمد همراه با علائم متعددی از جمله تب، سردرد شدید، تورم غدد لنفاوی، دردهای ماهیچه­ای، لنفادنوپاتی و احساس خستگی آغاز می­شود (6). به دنبال آن بیمار دچار بثورات پوستی می­شود که در عرض 1 تا ۱۰ روز پس از آن ظاهر می­شوند،که اغلب از صورت شروع می­شود و سپس به سایر قسمت­های بدن گسترش می­یابد. زمان قرارگرفتن در معرض ویروس تا شروع نشانه­ها حدود ۱۰ روز است. مدت زمان نشانه­های بیماری معمولاً دو تا چهار هفته است (21). ضایعات پوستی در بیماران مبتلا یک شکل، به اندازه نخود و سفت ظاهر می­شوند (3، 7). تشخیص ژنتیکی این بیماری شامل استفاده از Real-Time PCR است و توصیه می­شود که این آزمایش در یک مرکز ایمنی زیستی سطح سه انجام شود (31).

یک هدف دارویی ضروری برای این عفونت ویروسی، پروتئین تیمیدین­کیناز است. تیمیدین کیناز یک پروتئین فسفوترانسفراز است که در اکثر سلولهای زنده وجود دارد و مسئول کاتالیز کردن انتقال گروههای فسفات از ATP به دئوکسیتیمیدین برای تشکیل دئوکسیتیمیدین مونوفسفات است. تیمیدین کیناز پروتئینی است که توسط ویروس­هایی مانند واریسلا زوستر و آبله میمونی کدگذاری شده و دارای فعالیت های فسفریله کننده تیمیدین و تیمیدیلات است. این پروتئین در تکثیر DNA ویروسی نقش دارد و آن را به طور یکپارچه در مکانیسم های عفونت سلولی میزبان درگیر می­کند و نقش اساسی در حفظ تکثیر ویروس ایفا می‌کند، بنابراین، درمان ضد ویروسی با هدف قرار دادن تیمیدین کیناز، تکثیر ویروس را سرکوب می­کند و از فعال شدن مجدد ویروس در طول دوره نهفته ویروس جلوگیری می­کند (9، 28، 53). در حال حاضر هیچ داروی ضد ویروسی برای درمان عفونت آبله­میمونی انسانی وجود ندارد. اخیراً، انجمن پزشکی اروپا (European Medical Association) مجوز داروی Tecovirimat را جهت درمان آبله­میمونی در سال ۲۰۲۲ بر اساس یافته­های حاصل از مطالعات حیوانی و انسانی صادر کرده است که نشان می­دهد این دارو بی­خطر و قابل تحمل بوده و تنها عوارض جانبی جزئی دارد. Tecovirimat، به طور کلی در دسترس نیست و عمدتاً برای درمان آبله طراحی شده است (48، 45).

کشف اثرات درمانی یک ترکیب شیمیایی، تازه آغاز راهی است که ممکن است تحقیق، توسعه و اجرای آن سالیان زیادی به طول بیانجامد. در حقیقت زمان بر بودن، پرهزینه بودن و عدم دسترسی آسان به مواد اولیه دارویی جهت سنتز و داشتن عوارض جانبی متعدد داروهای شیمیایی از معایب داروهای شیمیایی می­باشد. یکی از راهکارهای جدید درمانی، غیر از طراحی و سنتز شیمیایی داروها، جستجوی مواد موثره دارویی در بین منابع طبیعی به منظور دستیابی به داروهایی با کمترین اثرات جانبی و صرف هزینه و زمان کوتاهتر است. امروزه روش­های in Silico به عنوان یکی از کم هزینه­ترین وسریع­ترین راهکارها برای رسیدن به ترکیب الگو و یا دارو موثر مورد استفاده قرار می­گیرند (46).       

ترکیبات فنولیک دسته‌ای از متابولیت‌های ثانویه هستند که به طور گسترده در گیاهان توزیع می‌شوند. فنول‌های گیاهی صدها سال است که مورد مطالعه قرارگرفته‌اند و به‌عنوان یک دسته اصلی از ترکیبات طبیعی که فعالیت زیادی در برابر ویروس‌های مختلف مانند هرپس سیمپلکس، ویروس اپشتین بار، ویروس هرپس اکوید، ویروس هپاتیت B، ویروس نقص ایمنی انسانی، سنسیشیال تنفسی و ویروس­های دیستمپر سگ دارند عمل کرده‌اند (30، 33، 40). برای این منظور، ترکیبات فنولیک مشتق شده ازگیاهان مانند ترکیب (EGCG) Epigallocatechin gallate به عنوان یک ترکیب موثر برای درمان عفونت­های ویروسی مانند ویروس هرپس سیمپلکس استفاده شده است (11) و ترکیب فنولی، اپی گالوکاتچین-3 گالات پتانسیل استفاده به عنوان یک عامل ضد ویروس هپاتیت B موثر با سمیت کم را دارد (26). همچنین، رزوراترول یک ترکیب فنولی طبیعی می­باشد که برای درمان عفونت ویروسی هرپس انسانی نوع 3 (ویروس واریسلا زوستر) استفاده می­شود (12). دو ترکیب هارینگتونین (Harringtonine) و هوموهارینگتونین (Homoharringtonine)، استرهای آلکالوئیدی جدا شده از genus Cephalotaxus، اثرات ضد ویروسی قوی علیه یک ایزوله بالینی ویروس واریسلا زوستر ((VZV) Varicella-Zoster Virus)  نشان می­دهند (27). در حالی که ترکیب کاتچین (Catechin) قدرت ضد ویروسی را در برابر ویروس هرپس سیمپلکس، آنفلوآنزا و هاری نشان می­دهد (30). قهوه حاوی مقادیر قابل توجهی از مواد شیمیایی مانند اسید کلروژنیک (chlorogenic acid)، کافئین و اسید کافئیک (caffeic acid) است. گزارش­ها نشان می­دهد که این ترکیبات می­­توانند ویروس­هایی مانند (HSV)herpex simplex virus ، آدنوویروس، (HBV) hepatitis B virus  و ویروس آنفلوانزا را مهار کنند (50، 52). رسوراترول (Resveratrol) یک ترکیب فنولی طبیعی است که بیشتر در پوست انگور یافت می شود. اثر ضد ویروسی رسوراترول به دلیل فعالیت آن در برابر طیف گسترده­ای از ویروس­های حیوانی و انسانی از جمله ویروس­های DNA و RNA مانند (EBV) Epstein-Barr virus، ویروس هرپس مرتبط با سارکوم کاپوزی (KSHV)Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus ، سیتومگالوویروس انسانی (HCMV) Human cytomegalovirus، ویروس واریسلا زوستر (VZV) و آدنوویروس می­باشد ( 12، 16، 17، 55). ترکیب کورکومین (Curcumin)، یک پلی فنول مشتق شده از زردچوبه است و تحقیقات وآزمایش‌های بالینی در حال انجام ثابت کرده‌اند که این ترکیب فنولیک طبیعی دارای قدرت ضد ویروسی خوبی در برابرHSV  و HBV می­باشد (56، 41).

بنابراین، در این مطالعه سعی شده است که با توجه به اهمیت این پروتئین در بیماری آبله­میمونی و با توجه به اینکه ساختار پروتئین کریستالوگرافی نشده است، مدل­سازی آن برای بررسی اثر داروهای احتمالی در جهت مهار پروتئین انجام می­گیرد. سپس، میزان فعالیت مهارکنندگی ترکیبات فنولیک گیاهی (شکل 1) بر روی پروتئین تیمیدین­کیناز آبله میمونی با استفاده از داکینگ مولکولی مورد ارزیابی قرار می­گیرد و اثربخشی هر کدام از این ترکیبات در محیط in Silico به منظور پیدا کردن یک ترکیب موثر در درمان آبله­میمونی بررسی شود. با هدف بررسی و شناسایی دقیق مکانیسم اتصال ترکیبات فنولیک با اسکلت ساختاری فنولی به جایگاه فعال پروتئین، روش داکینگ مولکولی با استفاده از از نرم افزار (MOE-2014)Molecular Operating Environment  اجرا و نتایج به­دست آمده از آن  مورد تجزیه و تحلیل و در نهایت پیش­بینی خطر سمیت و فعالیت بیولوژیک ترکیبات توسط سرور SwissADME، PASS وSwiss Target Prediction ارزیابی گردید.

مواد و روشها

هدف اصلی این مطالعه ارزیابی ترکیبات فنولیک به عنوان مهارکننده­های پروتئین تیمیدین­کیناز در جهت شناسایی دارویی موثر به منظور درمان آبله­میمونی بود. پروتئین تیمیدین­کیناز به دلیل نقش مهم آن در سنتز DNA و تقسیم سلولی در آبله­میمونی انتخاب گردید.

 

شکل 1- ساختار اصلی ترکیبات فنولیک

 

ساختار سه بعدی پروتئین تیمیدین­کیناز به روش همولوژی مدلینگ پیش­بینی و مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس خواص فیزیکوشیمیایی ترکیبات فنولیک مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و داکینگ مولکولی تمام ترکیبات فنولیک با پروتئین تیمیدین­کیناز انجام شد و ترکیبات با اثر مهاری بهترکه میل اتصال قوی­تری برای تیمیدین­کیناز نشان دادند برای تحقیقات بیشتر توسط SwissTraget prediction،  PASS و متابولیسم انتخاب شدند و مورد ارزیابی قرارگرفتند. این مطالعه به صورت in silico برای شناسایی ترکیبات ضد تیمیدین­کیناز بالقوه برای درمان آبله­میمونی انجام شد (شکل 2).

 

بررسی خصوصیات ترکیبات فنولیک

خصوصیات فیزیکوشیمیایی

 

پیش­بینی هدف

فعالیت بیولوژیکی

همولوژی مدلینگ

بازیابی توالی پروتئین و انتخاب الگو

 

اعتبارسنجی مدل

 

ساخت مدل

 

انتخاب هدف دارویی

آماده­سازی ترکیبات فنولیک

داکینگ مولکولی

داکینگ مولکولی

انتخاب لیگاند

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


شکل 2- نمای شماتیکی از رویکرد محاسباتی مورد استفاده برای شناسایی ترکیبات فنولیک به عنوان مهارکننده­های پروتئین تیمیدین­کیناز آبله­میمونی

 

آماده سازی لیگاندها: این پژوهش به شیوه توصیفی-تحلیلی انجام شد. ابتدا، از میان ترکیبات موثر گیاهان دارویی، ترکیبات فنولیک (20 ترکیب) که دارای خاصیت ضد ویروسی بودند انتخاب شدند. جهت مقایسه عملکرد ترکیبات فنولیک ذکر شده و دست­یابی به نتایج قابل اطمینان برهمکنش مولکولی، داروی ضد ویروس گانسیکلوویر به عنوان استاندارد مورد مطالعه قرار گرفت. ساختار سه بعدی ترکیبات و داروی استاندارد از پایگاه PubChem به آدرس (http://pubchem.ncbi.nlm. nih.gov) دریافت شدند (جدول 3) و ساختارها توسط نرم­افزارHyperchem 7 در میدان نیروی مکانیک مولکولی ((MM+)Molecular Mechanics) و روش نیمه تجربی AM1 و الگوریتم Polak-Ribiere از نظر انرژی بهینه شدند.

آماده­سازی پروتئین

جستجوی پایگاه اطلاعاتی PDB : به منظور بررسی برهمکنش ترکیبات فنولیک با پروتئین تیمیدین­کیناز، ابتدا وجود ساختار کریستالی آن به روش آزمایشگاهی در آبله­میمونی بررسی شد. به دلیل موجود نبودن ساختار سوم مبتنی بر داده­های آزمایشگاهی در پایگاه اطلاعاتی (PDB) Protein Data Bank ، ساختار سوم این پروتئین با استفاده از یک روش مبتنی بر همولوژی مدلینگ تعیین شد. به این منظور، توالی آمینو اسید تیمیدین­کیناز با کد شناسایی P04363 از پایگاه داده UniProt به فرمت FASTA تهیه شد.

بررسی ساختار اولیه و ثانویه تیمیدین­کیناز: خصوصیات فیزیکوشیمیایی ساختار اولیه تیمیدین­­کیناز شامل وزن مولکولی، تعداد آمینواسید پروتئین، میزان حلالیت، شاخص پایداری، نقطه ایزوالکتریک، تعداد باقیمانده­های با بار مثبت و منفی و (Grand Average Hydropathicity) GRAVY با استفاده از سرور Expasy ProtParam مورد بررسی قرار گرفت. برای پیش­بینی ساختار ثانویه تیمیدین­کیناز مانند رشته­های بتا، پیچش­های آلفا وساختار کویل از سرور GOR4 استفاده گردید.

پیش­گویی ساختار سوم تیمیدین­کیناز با روش همولوژی مدلینگ و نمایش ساختار سه­بعدی پروتئین: به منظور تعیین مدل ساختاری این پروتئین در آبله­میمونی ، ابتدا توالی آمینواسیدی آن با کد شناسایی P04363 از پایگاه داده NCBI به فرمت FASTA ذخیره شد. سپس با استفاده از ابزار (Basic Local Alignment Search Tool) BLASTP و PSIBLAST در پایگاه داده پروتئین (PDB) جستجو جهت انتخاب بهترین الگو (توالی همولوگوس) برای انجام مشابهت مدلینگ انجام گرفت (43).  سعی شد در انتخاب الگو معیارهایی نظیر حد تفکیک پائین­تر از 3 آنگستروم مربوط به کریستالوگرافی اشعه ایکس، R-value پائین­تر از 3/0، شباهت بالای 35 درصد الگو با توالی مورد مطالعه و E-value پائین اعمال شود تا اعتبار و اطمینان­پذیری مدل افزایش یابد. بعد از همردیفی توالی الگو با توالی مورد مطالعه، مدل­سازی به روش مدلینگ و با استفاده از پایگاه داده Swiss Model انجام شد (38، 29).

اعتبار­سنجی مدل ساخته شده: برای ارزیابی ساختار و کیفیت شیمی فضائی مدل ساخته شده از نمودار راماچانداران با استفاده از سرور Procheck و سرور ProSA استفاده شد. سرور ProSA کیفیت مدل تولید شده را با محاسبه Z-score بیان می­کند. Z-score، معیاری است که کیفیت کلی مدل را نشان می­دهد (51). همردیفی ساختاری دو ساختار مدل شده و الگو با استفاد ه از نرم افزار Chimera1.11.2 انجام گرفت.

بررسی ترکیبات با قانون لیپینسکی (Lipinski) : برای ارزیابی اینکه یک ترکیب می­تواند خواص دارویی داشته باشد و برای پیش­بینی میزان جذب، برای تمام ترکیبات، قانون لیپینسکی در نظر گرفته می­شود. قانون لیپینسکی (Lipinski’s rule of five) پیش­بینی می­کند که جذب یا نفوذ مناسب در مواردی اتفاق می­ا­­فتد که ترکیب مورد نظر دارای ویژگیهای مانند وزن مولکولی کمتر از 500 دالتون، فاکتور چربی دوستی (LogP) کمتر از 5، تعداد اتمهای پذیرنده هیدروژن کمتر از 10 و تعداد اتمهای دهنده هیدروژن کمتر از 5 باشد. لذا ترکیبی که این ویژگیها را داشته باشد و از قانون لیپینسکی برخوردار باشد، جذب بیشتر و اثربخشی بیشتری دارد (32) لذا برای بررسی ترکیبات از لحاظ این قانون از پایگاه SwissADME استفاده شد.

پیش بینی خصوصیات فیزیکو­شیمیایی و بیولوژیک ترکیبات مورد بررسی:  بطور کلی، دارا بودن خصوصیات فیزیکو­شیمیایی مطلوب در کنار اثر بخشی دارویی از شاخص­های مهم جهت ارزیابی یک مولکول به عنوان یک کاندید دارویی مناسب است. لذا در این مطالعه، خصوصیات فیزیکو­شیمیایی شامل حلالیت در آب، مساحت قسمت­های قطبی مولکول ((TPSA)Topological Polar Surface Area ) و قابلیت مهار سیتوکرومی که در طراحی پیش دارو بصورت خوراکی یا تزریق وریدی یا جذب پوستی نقش دارند با استفاده از پایگاه­ SwissADME بر اساس قانون لیپینسکی پیش­بینی شد. برای پیش­بینی طیف فعالیت و برای یافتن اهداف (مکانیسم) جدید برای برخی لیگاندها و برعکس، برای آشکار کردن لیگاندهای جدید برای برخی از اهداف بیولوژیکی و مطالعه هدف مولکولی برای یافتن عوارض جانبی فنوتیپی یا واکنش متقابل بالقوه ناشی از عمل لیگاندها از پایگاه­های  PASS-Way2Drugو Swiss Target Predictionاستفاده شد. سرورهای مذکور نرم افزارهای آنلاین هستند که با دریافت اطلاعات مولکول شیمیایی در قالب فایل (SDF)Structure Data File  یا (Smile)Simplified molecular-input line-entry system  امکان پیش بینی خصوصیات فیزیکوشیمیایی را فراهم می­آورند (14، 20، 37).

داکینگ مولکولی: ساختار سه بعدی پروتئین تیمیدین­کیناز توسط روش همولوژی مدلینگ دریافت شد. در طول فرآیند آماده‌سازی پروتئین‌ با استفاده از نرم‌افزار MOE-2014 (5)، هیدروژن­های قطبی و بارهای گستیگر (بارهای الکتریکی اتم که به صورت تجربی محاسبه می­گردد) به پروتئین اضافه و هیدروژن­های غیر یونیزه در اتم کربن مجاور ادغام شدند. ساختار پروتئین توسط الگوریتم کمینه سازی انرژی MOE با استفاده از میدان نیروی MMFF94X با روش گرادیان مزدوج به حداقل رسید. سپس، ساختار پروتئین برای مطالعات داکینگ مولکولی ذخیره شد. به منظور ارزیابی ترکیبات فنولیک و داروی استاندارد (گانسیکلوویر) در مهار پروتئین تیمیدین­کیناز از روش داکینگ مولکولی با استفاده از نرم‌افزار MOE-2014 استفاده شد. درMOE ، تمایل اتصال گیرنده-لیگاند با تمام هندسه­های اتصال ممکن بر اساس یک مقدار عددی به نام E-score  اولویت بندی می­شوند. MOE می­تواند پیوندهای هیدروژنی، برهمکنش­های آبگریز، گوگرد-LP، کاتیون و قرار گرفتن کمپلکس در معرض حلال را شناسایی کند. بنابراین، در این کار، برهمکنش‌های بین ترکیبات و پروتئین‌ گیرنده بر اساس E-score پیش‌بینی می‌شوند. در طول فرایند شبیه سازی داکینگ مولکولی، پروتئین تیمیدین­کیناز به عنوان یک ساختار صلب در نظر گرفته شد، در حالی که لیگاندها کاملاً انعطاف پذیر بودند. داکینگ مولکولی با استفاده از الگوریتم مکان‌یابی تطبیق مثلث در ترکیب با تابع امتیازدهی London dG  برای اختصاص انرژی‌های اتصال آزاد نظری مجتمع‌های پروتئین-لیگاند و میدان نیرو به عنوان روش پالایش انجام شد. بررسی­های کمی از حیث انرژی پیوندی توسط بهترین کنفورماسیون ترکیبات با انرژی­های آزاد اتصال (E-score kcal/mol) ارزیابی شدند و بررسی­های کیفی از حیث برهمکنش بین لیگاندها و پروتئین شامل برهمکنش­های هیدروژنی و هیدروفوبی و با آمینواسیدهای موجود در پاکت اتصال پروتئین توسط ماژول LigX در نرم افزارMOE  آنالیز شد. خاطر نشان می­شود که در کنار محیط­های in vivo و in vitro، محیط in silico به عنوان یک محیط کارآمد در خصوص تجزیه و تحلیل جزئیات فرایندهای پیچیده زیستی محسوب می­شود.

نتایج

بررسی ساختار اولیه و ثانویه پروتئین تیمیدین­کیناز: نتایج آنالیز ساختار اولیه پروتئین تیمیدین­کیناز نشان می­دهد که این پروتئین دارای وزن مولکولی kDa 99/19 و 177 آمینواسید می­باشد. نقطه ایزوالکتریک این پروتئین (72/6) در دامنه اسیدی (پائین­تر از 7) می­باشد و خاصیت اسیدی دارد. دانستن نقطه ایزوالکتریک در ارزیابی حلالیت و نحوه حرکت پروتئین در میدان الکتریکی مهم است. همچنین محاسبه عدد بالا (62/93) برای شاخص آلیفاتیک پروتئین تیمیدین­کیناز نشان­دهنده پایداری این پروتئین در محدوده مناسبی از دماها می­باشد. شاخص ناپایداری (46/34) پروتئین تیمیدین­کیناز بیان­گر پایداری این پروتئین و قابلیت تحمل شرایط آزمایشگاهی جهت بررسی روی آن می­باشد. علاوه بر این، هیدروفیل بودن (GRAVY) پروتئین، قابلیت مناسب پروتئین در ارتباط با محیط آبی پیرامون آن را نشان می­دهد. در نهایت فراوان­ترین آمینواسیدها برای این پروتئین به ترتیب ایزولوسین و لوسین می­باشند (اطلاعات تکمیلی، جدول s1).

ساختارهای ثانویه پروتئین معمولا ساختارهای تکرار شونده موضعی (محلی) می­باشند که به­وسیله پیوندهای هیدروژنی پایدار می­شوند. نتایج بررسی ساختار دوم پروتئین تیمیدین­کیناز به صورت منحنی و توالی در شکل s1  و جدول s2 (اطلاعات تکمیلی) نشان می­دهد که در واقع 42 آمینواسید در ناحیه هلیکس، 48 آمینواسید در ناحیه بتا و 87 آمینواسید در ناحیه کویل پروتئین می­باشد.

بررسی ساختار سوم با روش همولوژی مدلینگ و نمایش سه بعدی پروتئین: از آنجایی که ساختار پروتئین توسط کریستالوگرافی اشعه ایکس یا رزونانس مغناطیسی هسته ای تعیین نشده است، ساختار سوم این پروتئین با استفاده از یک روش مبتنی بر همولوژی مدلینگ تعیین شد (1). مدل­سازی ساختار سوم بر­اساس انتخاب یک الگو با شباهت بالا با پرونئین هدف با استفاده از پایگاه اطلاعاتی Swiss Model انجام شد. الگوی منتخب برای مدل­سازی پروتئین­کیناز برای آبله میمونی، پروتئین تیمیدین­کیناز واکسینا ویروس (PDB ID: 2J87) با 177 آمینواسید می­باشد. درصد هویت (percentage identity) الگوی 2J87 با پروتئین هدف 79/93 درصد و مقدار E-value 121e-3 می­باشد که هویت توالی (sequence identity) 90/93 درصد به­دست آمده از همولوژی مدلینگ را تأیید می­کند. با توجه به میزان شباهت بالای الگوی 2J87 با پروتئین هدف این احتمال وجود دارد که مدل­سازی به صورت مناسبی انجام شده است .

اعتبار­سنجی و ارزیابی مدل پروتئین تیمیدین­کیناز: ارزیابی مدل پیشنهادی شده در Swiss Model بر اساس شاخص­های (GMQE) Global Model quality Estimation وGMEAN می­باشد. تابع QMEAN، یک تابع حسابی مرکب برای ارزیابی کیفیت ساختار کلی و آمینواسید ساختار مدل­سازی شده می­باشد. نمودار کیفیت برای هر آمینواسید در مدل (محورX) شباهت مورد انتظار به ساختار طبیعی (Native structure) (محور Y) ر ا نشان می­دهد. به طور معمول، آمینواسیدهایی که اسکور زیر 6/0 را نشان بدهند، از کیفیت پایینی برخورد هستند. GMQE، یک ارزیابی کیفی است که خصوصیات همترازی مدل الگو را ترکیب می­کند. بر این اساس، مقادیر GMQE وQMEAN برای مدل پیش­بینی شده تیمیدین­کیناز به ترتیب برابر با 81/0 و 8/0- می­باشد. همچنین در شکل 3 شاخص­های Local Quality Estimate و Comparison نیز بیان­گر شباهت ترکیب مدل سه­بعدی بدست آمده توسط سرور Swiss Model براساس الگوی توالی پروتئین تیمیدین­کیناز مورد مطالعه می­باشد.

 

 

شکل 3- ارزیابی شاخص­های Local Quality Estimate و Comparison ساختار سوم پروتئین تیمیدین­کیناز توسط سرورSwiss Model

شکل 4- همردیفی ساختاری دو ساختار پروتئین الگو و مدل­سازی شده که بر روی هم منطبق شده­اند. ساختار الگو با رنگ آبی و ساختار مدل سازی شده با رنگ برنزه

 

همچنین، شاخص (RMSD) Root-Mean-Square-Deviation میزان انحراف دو ساختار را از یکدیگر نشان می­دهد که مقدار RMSD هر چه کمتر باشد نشان­دهنده انحراف کمتر این ساختارها از یکدیگر است. پس از همردیفی ساختاری برای ساختار مدل شده و الگو مقدار RMSD بین دو مدل Å 346/0 گزارش شده است که نشان­دهنده عدم انحراف در ساختار پروتئین مدل­شده با ساختار الگو است (شکل 4) (39).

کیفیت ساختار مدل شده با استفاده از نمودار راماچاندران و سرور Pro-SA اعتبارسنجی شد. نمودار راماچاندران با محاسبه درصد آمینواسیدهای قرار گرفته در نواحی ایده­آل، قابل­قبول و غیر­قبول، کیفیت مدل ورودی را تعیین می­نماید. نمودار راماچاندران زاویه­ی  Phi  بر حسب Psi را در ساختار پروتئین نشان می­دهد. زنجیره­های کناری بلندترسبب محدودیت احتمالات نمی­گردد و در نمودار راماچاندران ناحیه­ی مربوط به این زنجیره­ها کوچکتر نمی­گردد. در عمل گروه متیلن در موقعییتβ سبب محدودیت می­شود و زاویه Psi بر حسب phi برای آمینواسیدها محدوده کوچکتری را در بر می­گیرد (24). نتایج نشان دادند که در مدل تیمیدین­کیناز 91 درصد آمینواسیدها در منطقه ایده­آل، 7/7 درصد در منطقه قابل­قبول (3/1 درصد را با چشم­پوشی از خطا می­توان قابل­قبول در نظر گرفت) و صفر درصد در منطقه غیرقابل­قبول می­باشد (شکل a5) و این بدان معنی است که مدل کیفیت بالایی دارد و قابل­قبول است. سرور Pro-SA با استفاده از برآورد Z-score انرژی کلی را برای مدل  پروتئین محاسبه می­کند. روش Pro-SA مجموع فولد صحیح و غیر صحیح را به طور جداگانه و دقیق حساب می­کند و این سرور کیفیت مدل پروتئینی را محاسبه کرده و باید کیفیت پروتئین در محدوده کیفیت پروتئین بدست­آمده از کریستالوگرافی و یا NMR (ناحیه رنگی) باشد. ارزش Z-score برای مدل 48/6- برآورد شده است و نشان می­دهد که ساختار سه­بعدی پیش­بینی­ شده از کیفیت بالایی برخوردار است (شکل b5).

 

شکل 5- (a) نمودار راماچاندران ساختار تیمیدین­کیناز مدل­سازی شده. ناحیه کاملا سفید ناحیه غیرقابل­قبول است و هر نقطه قرمز رنگ در نمودار نشان­دهنده یک آمینواسید با زاویه فی و سای می­باشد، (b) نمودار Pro-SA برای نتیجه ارزیابی ساختار پروتئین تیمیدین­کیناز مدل­سازی شده

 

خصوصیات فیزیکوشیمیایی و پارامترهای

فارماکوکینتیک: براساس قانون لیپینسکی و تعریف قانون 5 تایی، پیش بینی قابل جذب بودن ترکیبات از راه خوراکی بر اساس وزن مولکولی، فاکتور چربی­دوستی و تعداد اتم­های دهنده و پذیرنده پیوند هیدروژنی ارائه می­شود. Logp، میزان لیپوفیلیسیتی ماده را نشان می­دهد که می­بایست بین 1 الی 5 باشد، پس، هر اندازه میزان آن از 5 بزرگتر باشد میزان چربی­دوستی ماده بیشتر و جذب گوارشی آن کمتر خواهد بود. توانایی تشکیل پیوند هیدروژنی پارامتر دیگری برای نفوذپذیری دارو است، که برای جذب ایده­آل تعداد دهندگان پیوند هیدروژنی و پذیرندگان پیوند هیدروژنی باید به ترتیب کمتر از 5 و10 باشد. نتایج به­دست آمده از قانون لیپینسکی با توجه به پایگاه SwissADME در جدول 1 آورده شده است. طبق این نتایج، تمام ترکیبات فنولیک به غیر از ترکیبات carmalol، epigallocatechin gallate وphloroethol از قانون لیپینسکی پیروی می­­کنند.

همچنین، ترکبات فنولیک ازلحاظ خصوصیات فیزیکوشیمیایی دیگر و پارامترهای فارماکوکینتیک مورد ارزیابی قرار گرفتند (جدول 2). Logs میزان حلالیت ماده را نشان می­دهد که میزان بالای صفر آن، نشان دهنده حلالیت بالا و میزان کمتر از 10-، نشان دهنده نامحلول بودن ماده مورد نظر است. فاکتور مهم دیگری که نقش مستقیمی در نفوذپذیری ترکیبات زیست فعال دارد مساحت­­های قطبی مولکول (TPSA) می­باشد. بر اساس مطالعات انجام شده، نفوذپذیری ترکیبات با افزایش جرم ماده و کاهش (PSA)Polar Surface Area بیشتر می­شود. ترکیباتی که PSA بزرگتر از140 آنگستروم دارند فاقد نفوذپذیری مناسب می­باشند.

 

جدول 1- پارامترهای لیپینسکی داروی استاندارد و ترکیبات فنولیک

Lipinski

Logp

دهندگان پیوند هیدروژنی

پذیرندگان پیوند هیدروژنی

وزن مولکولی

نام ترکیب

بله

62/2

5

6

24/287

Anthocyanidin

بله

97/0

3

4

16/180

Caffeic acid

خیر

84/2

11

15

50/634

Carmalol

بله

47/1

5

6

27/290

Catechin

بله

96/0

6

9

31/354

Chlorogenic acid

بله

95/0

2

3

16/164

p-coumaric acid

بله

27/3

6

8

38/368

Curcumin

بله

47/1

5

6

27/290

EC

بله

78/1

6

9

28/372

Eckol

خیر

87/1

8

11

37/458

Epigallocatechin gallate

بله

98/0

6

7

27/306

Epigallocatechin

بله

92/0

9

9

30/374

Fucol

بله

72/1

8

9

30/374

Fucophlorethol A

بله

79/0

6

7

20/266

Fuhalol

بله

21/0

4

5

12/170

Gallic acid

بله

28/1

3

3

16/154

Hydroxytyrosol

بله

53/2

0

1

26/208

Isorhamnetin

خیر

33/2

8

12

38/496

Phloroethol

بله

71/1

3

3

24/228

Resveratrol

بله

17/1

5

8

31/360

Rosmarinic acid

بله

16/0

4

6

23/255

Ganciclovir

 

 

سیتوکروم­ها از آنزیم­های مهم در بدن هستند که بطور عمده در کبد و روده یافت می­شوند و مولکول­های آلی خارجی مانند سموم یا داروها را اکسید می­کنند تا بتوانند از بدن خارج شوند. بنابراین بررسی این سیتوکروم­ها در جذب و اثربخشی دارو بسیار موثر است و چنانچه ترکیب کاندید شده، مهارکننده این سیتوکروم­ها نباشد می­توان عنوان کرد که دارو قابلیت جذب گوارشی خوبی دارد و بصورت خوراکی قابل مصرف می­باشد. در نهایت برای اثربخشی یک دارو به صورت خوراکی، تزریق وریدی یا جذب پوستی باید برآیندی از فاکتورهای ذکر شده را در نظر گرفت. براساس جدول 2، داروی گانسیکلوویر دارای حلالیت و نفوذپذیری مناسبی می­باشد و اما جذب گوارشی پایین دارد و قابلیت مصرف خوراکی ندارد. همچنین، مشاهده شد که از میان ترکیبات فنولیک، carmalol، fucophlorethol A، epigallocatechin gallate، fucol و phloroethol با داشتن حلالیت نسبی، نفوذپذیری نامناسب و جذب گوارشی کم، قابلیت مصرف خوراکی نداشته و می­بایست به صورت تزریق وریدی استفاده شوند و

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

همچنین ترکیبات  rosmarinic acid و eckol با جذب گوارشی پایین و ترکیب chlorogenic acid با نفوذپذیری پایین، قابلیت مصرف خوراکی ندارند و باید به صورت تزریق وریدی استفاده شوند، اما دیگر ترکیبات بررسی شده در جدول با داشتن حلالیت و نفوذپذیری مناسب و جذب گوارشی بالا، قابلیت مصرف خوراکی دارند. به خاطر ایمن بودن بیشتر، میزان نفوذ سد خونی- مغزی، فعالیت سیستم عصبی- مرکزی و خطر سمیت ترکیبات نیز محاسبه شد. مغز توسط سد خونی-مغزی از گردش سیستمیک محافظت می­کند. همه ترکیبات فنولیک به غیر از  p-coumaric acid  و resveratrol بر سیستم عصبی- مرکزی غیرفعال بودند، لذا اختلالی روی سیستم عصبی- مرکزی ایجاد نمی­کنند و محدوده نرمالی را نشان دادند، همچنین پیش­بینی خطر سمیت ترکیبات نشان داد که فقط ترکیبات fucol، hydroxytyrosol وresveratrol دارای خطرات سمیت جهش­زا و تومورزا، سمیت کبدی و حساسیت پوستی می­باشند. بنابراین بیشتر ترکیبات طبیعی فنولی انتخاب­شده، خواص فارماکوکینتیکی و فیزیکوشیمیایی مناسبی را از خود نشان دادند.

داکینگ مولکولی: داکینگ مولکولی یک روش بیوانفورماتیکی است که جهت­گیری مطلوب لیگاند را هنگام برهمکنش با یک ماکرومولکول زیستی (گیرنده، آنزیم و یا اسید­نوکلئیک) پیش‌بینی می‌کند و یک کمپلکس پایدار را تشکیل می‌دهد (2، 23). ساختار سه­بعدی ترکیبات فنولیک و داروی استاندارد در جایگاه فعال آنزیم تیمیدین­کیناز داک شدند. نتایج به دست آمده از داکینگ مولکولی میان آنزیم تیمیدین­کیناز با هرکدام از ترکیبات فنولیک و داروی استاندارد در جدول 3 آورده شده است. همانطور که مشاهده می­شود اکثرترکیبات فنولیک، با توجه به انرژی حاصل از برهمکنش لیگاند-گیرنده، اتصال مناسبی با آنزیم مذکور دارند و درجدول مهمترین آمینواسیدهای درگیر در جایگاه فعال آنزیم و کلیه برهمکنش­های لیگاندها شامل پیوندهای هیدروژنی، برهمکنش هیدروفوبی و arene-H ذکر شده است. آمینواسیدهای مهمی که در جایگاه فعال با مهارکنند­ه­ها برهمکنش دارند عبارتند از Ser18-Met13، Lys39،Tyr40، Arg45-Asn42، Thr48، Leu50، Thr52، His53، Asp82، Glu83، Leu109، Phe113-Gly111، Phe118، Ser148، Arg150 و Gly162-Ile157.

بررسی خصوصیات بیولوژی ترکیبات فنولیک: مطالعات طراحی دارو، PASS را به عنوان یک ابزار محبوب استفاده شده در تقریباً هر صنعت دارویی با توجه به تجزیه و تحلیل رابطه ساختار-فعالیت در نظر گرفته­اند. امتیاز پیش‌بینی فعالیت‌های بیولوژیکی را بر اساس نسبت احتمال فعال بودن ((Pa) Prediction of activity) و احتمال غیرفعال بودن ((Pi) Probable inactivity) می‌دهد. Pa بالاتر به این معنی است که فعالیت بیولوژیکی احتمال بیشتری برای یک ترکیب دارد. علاوه بر این، محققان طیف‌های فعالیت بیولوژیکی ترکیبات caffeic acid، curcumin، gallic acid و rosmarinic acid را شناسایی کردند که در پایگاه داده PASS ذخیره شده‌اند. جدول 4 نتایج پیش­بینی دوازده فعالیت بیولوژیکی را برای ترکیبات فنولیک انتخاب شده نشان می­دهد. شایان ذکر است، نتایج تحقیق حاضر نشان‌دهنده کاربرد عمده طرح PASS برای پیش‌بینی فعالیت‌های بیولوژیکی caffeic acid، curcumin، gallic acid و rosmarinic acid براساس ساختار فنولی ترکیبات مربوطه است که با ضریب پیش‌بینی متوسط ​​برابر با 80/0 (Pa در محدوده 209/0 تا 956/0 است، هنگامی که Pa>Pi) برای این ترکیبات نشان داده شده است.

پیش­بینی هدف: مطالعات هدف مولکولی برای یافتن عوارض جانبی فنوتیپی یا واکنش متقابل بالقوه ناشی از عمل ترکیبات caffeic acid، curcmin، gallic acid و rosmarinic acid  بر روی پروتئین­ها به عنوان بهترین ترکیبات فنولیک مهم هستند. شکل 6، درصد زیست فعالی ترکیباتی با اثر مهاری بهتر را با توجه به اهداف پروتئینی انتخاب­شده نشان می­دهد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 4- نتایج پیش‌بینی PASS از فعالیت‌های بیولوژیکی ترکیبات caffeic acid، curcumin، gallic acid و rosmarinic acid

Rosmarinic acid

Gallic acid

Curcumin

Caffeic acid

 

ردیف

Pa

Pi

Pa

Pi

Pa

Pi

Pa

Pi

فعالیت بیولوژیک

 

956/0

003/0

890/0

014/0

887/0

014/0

955/0

003/0

Membrane integrity agonist

1

666/0

012/0

732/0

005/0

826/0

003/0

799/0

004/0

HMOX1 expression enhancer

2

686/0

022/0

712/0

019/0

621/0

030/0

841/0

009/0

HIF1A expression inhibitor

3

397/0

053/0

513/0

026/0

317/0

091/0

508/0

027/0

Histidine kinase inhibitor

4

293/0

097/0

901/0

004/0

623/0

028/0

610/0

031/0

Aldehyde oxidase inhibitor

5

722/0

005/0

597/0

010/0

814/0

004/0

845/0

003/0

Antimutagenic

6

779/0

024/0

814/0

015/0

816/0

014/0

945/0

003/0

Mucomembranous protector

7

632/0

041/0

718/0

023/0

671/0

032/0

776/0

014/0

TP53 expression enhancer

8

558/0

012/0

406/0

022/0

692/0

007/0

551/0

012/0

Chemopreventive

9

496/0

008/0

680/0

337/0

677/0

019/0

651/0

023/0

Antiinflammatory

10

399/0

092/0

681/0

476/0

326/0

201/0

389/0

103/0

Antiviral (Rhinovirus)

11

481/0

022/0

504/0

020/0

469/0

023/0

461/0

024/0

Hepatoprotectant

12

268/0

119/0

522/0

005/0

209/0

196/0

369/0

043/0

Antiviral (Adenovirus)

13

327/0

187/0

582/0

023/0

-

-

508/0

047/0

Antiviral (Picornavirus)

14

 

 

تجزیه و تحلیل نمودارهای دایره­ای نشان داد که پروتئازها، لیازها، کینازها، آنزیم­ها و گیرنده هسته­ای اهداف اصلی پیش­بینی شده برای همه ترکیبات پیشنهادی بودند. همچنین نمودار دایره­ای caffeic acid، 4 درصد گیرنده­های جفت­شده با پروتئین خانواده A، اکسیدوردوکتازها، فسفاتازها و گیرنده­های اینترلوکین 1 را پیش­بینی کرد. برای curcumin، نمودار دایره­ای 12 درصد اکسیدوردوکتازها، 4 درصد ایزومراز، فاکتور رونویسی، گیرنده غشایی، ناقل فعال اولیه وگیرنده­های اینترلوکین 1 را نشان داد. برای gallic acid، نمودار دایره­ای 8 درصد ترانسفراز و پروتئین ترشحی و4 درصد گیرنده­های جفت شده با پروتئین خانواده A وکانال یونی را پیش­بینی کرد و نمودار دایره­ای برای rosmarinic acid، 4 درصد ناقل الکتروشیمیایی، پروتئین ترشحی و چسبندگی را پیش­بینی کرد. مکان‌های احتمالی هدف که ممکن است ترکیبات فنولیک انتخاب­شده به آن‌ها متصل شوند، کیناز، اکسیدوردوکتاز، آنزیم­ها، پروتئازها و لیازها هستند که واکنش دارویی را براین اساس تحریک می‌کنند. همچنین، این تجزیه و تحلیل توضیحی برای استفاده caffeic acid،curcumin ، gallic acid و rosmarinic acid به­عنوان مهارکننده‌های تیمیدین­کیناز ارائه می‌کند.

بحث

تیمیدین­کیناز در ویروس آبله میمونی، پروتئینی است که توسط این ویروس کدگذاری شده و دارای فعالیت فسفریله کننده تیمیدین است. تیمیدین­کینازها نقش کلیدی در سنتز DNA و بنابراین در تقسیم سلولی دارند، زیرا بخشی از زنجیره واکنش برای وارد کردن تیمیدین به DNA هستند. بنابراین، آبله­میمونی را می­توان با مهار سنتز DNA با کمک مهارکننده­های تیمیدین­کیناز درمان کرد.

 

 

(a)

(b)

 

 

 

 

 

 

 

 


(c)

(d)

 

 

 

 

 

 

 

 

 


شکل 6-  25 هدف پیش­بینی شده برای ترکیبات (a) Caffeic acid، (b) Curcumin، (c) Gallic acid و (d) Rosmarinic acid

 

در روش مشابهت مدلینگ یا مدل­سازی مقایسه­ای، ساختمان پروتئین براساس مشابهت توالی با ساختمان­های شناخته­شده با روش­های تجربی پیش­بینی می­شود، در حقیقت، روش یادشده براین اصل استوار است که اگر دو پروتئین مشابهت توالی زیادی داشته باشند، احتمالا ساختمان سه­بعدی بسیار مشابهی دارند. ساختار سه­بعدی پروتئین منبع مهم اطلاعاتی برای درک بهتر عملکرد پروتئین و برهمکنش آن با اجزای دیگر (لیگاندها، پروتئین و ...) می­باشد. به­علت سختی و پرهزینه بودن فرایند کریستالوگرافی به­خصوص در مورد پروتئین­های مانند تیمیدین­کینازها که نقش­های حیاتی در مسیرهای شناخته شده دارند، پیش­گویی ساختار آن از طریق ابزارin silico به منزله میان­بری برای مطالعات بعدی و بررسی جزئیات ساختاری آن خواهد بود. به عبارت دیگر طراحی یک لیگاند موثر برای فعال­سازی یا مهار پروتئین در یک مسیر خاص، با شبیه­سازی ساختار سوم آن پروتئین مقرون به­صرفه بوده و روند مطالعات را تسریع می­کند. با توجه به نتایج ارزیابی کیفی مدل­های ایجاد شده، می­توان با ضریب اطمینان بالایی از این مدل­ها در آنالیزها و طراحی­های بعدی استفاده نمود. برای مقایسه دو ساختار مدل­شده و الگو، همردیفی ساختاری ساختاری براساس توپولوژی پروتئین (جهت­گیری رشته­ها و هلیکس­ها) انجام شد. RMSD نسبتا پایین گزارش­شده نشان­دهنده این است که ساختار پروتئین مدل­شده مشابه ساختار پروتئین الگو می­باشد. 

داکینگ مولکولی نشان دهنده یک رویکرد پرکاربرد برای بررسی حالت اتصال  و تمایل اتصال لیگاندها به پروتئین‌های هدف است (22) و برای بررسی برهمکنش پروتئین تیمیدین کیناز و ترکیبات فنولیک مورد استفاده قرار گرفت. در این مطالعه، پس از مدل­سازی پروتئین تیمیدین­کیناز، مکانیسم مهاری ترکیبات فنولیک بر روی پروتئین مدل­شده و نحوه برهمکنش این ترکیبات با جایگاه فعال تیمیدین­کیناز ​​در جستجوی مهارکننده­های قوی و انتخابی مورد مطالعه قرار گرفته است و نتایج این بررسی­ها نشان داد که ترکیبات مورد مطالعه می­توانند با اتصال به جایگاه فعال آنزیم تیمیدین کیناز موجب مهار آن گردند. همچنین، نتایج داکینگ نشان داد که تمامی ترکیبات مورد مطالعه عملکرد خوبی داشته و انرژی مهاری قابل قبولی دارند و می­توانند در درمان آبله­میمونی مفید باشند.

پس از پیش­بینی و ارزیابی مدل پروتئین، بررسی نتایج داکینگ ترکیبات فنولیک نشان داد که تمام ترکیبات، فضای مشابهی را درون جایگاه فعال پروتئین اشغال می­کنند. براساس نتایج جدول 3 و شکل 8، دو معیار مهم در تعیین بهترین حالت داک شده، بیشترین (منفی­ترین) انرژی اتصال آزاد تخمین­زده شده و همچنین بیشترین برهمکنش­های مناسب با آمینواسیدهای اصلی جایگاه فعال تیمیدین­کیناز می­باشند. نتایج حاصل از بررسی داروی استاندارد بکار رفته به عنوان کنترل مثبت در جدول شماره 4، حاکی از برهمکنش گانسیکلوویر با انرژی مهاری 35/11- کیلوکالری برمول با جایگاه فعال پروتئین تیمیدین­کیناز بود. داروی گانسیکلوویر با آمینواسیدهای Lys17،  Ser18 وGly161 پیوند هیدروژنی و با آمینواسیدهای Phe118، Ile159، Leu109، Ile160، Met13، Phe86 وLeu14 برهمکنش هیدروفوبی برقرار کرده است (شکل e7).

براساس جدول 3، ازمیان 20 ترکیب فنولیک، اثرمهاری ترکیبات caffeic acid، curcumin، gallic acid و rosmarinic acid  به­ترتیب با انرژی­های مهاری 28/16- ، 72/17- ، 60/15-  و32/16- کیلوکالری برمول نسبت به داروی استاندارد بکاررفته بر روی تیمیدین­کیناز قوی­تر است. همچنین، دیگرترکیبات فنولیک با انرژی­های مهاری 05/11- تا 92/14- کیلوکالری برمول، اثر مهاری تقریبا بهتری نسبت به داروی استاندارد دارند. بنابراین می­توان گفت اثر مهاری ترکیبات فنولیک بر روی تیمیدین­کیناز نسبت به داروی استاندارد تقریبا بیشتر می­باشد.

مطالعات داکینگ مولکولی نشان داد که در میان ترکیبات فنولیک، ترکیب caffeic acid به پروتئین تیمیدین­کیناز با پیوند هیدروژنی و برهمکنش­های هیدروفوبی متصل می­گردد. استخلاف­ هیدروکسیل در کربن­ موقعیت 4 و گروه کربوکسیلیک ­اسید ترکیبcaffeic acid با آمینواسیدهایLys17، Met13، Glu83 وGly161 پیوند هیدروژنی تشکیل می­دهند و این گروه­های هیدروکسیل و کربوکسیلیک­ اسید باعث افزایش میزان حلالیت این ترکیب می­شوند و در صورت مصرف خوراکی برای انسان جذب گوارشی خوبی نشان می­دهد. علاوه براین، ترکیب caffeic acid قادر به ایجاد برهمکنش arene-H است که بین حلقه فنیل ترکیب با آمینواسید Ser18 ایجاد می­گردد (شکل a7). این یک ترکیب تقریبا هیدروفیل باLogp  برابر 97/0 می­باشد و براساس ساختار، ترکیب caffeic acid با آمینواسیدهای Leu14، Ile160، Tyr166، Asp82 وGly16 برهمکنش­های هیدروفوبی تشکیل می­دهد.

ترکیب curcumin به­دلیل دارا بودن بخش­های هیدروفیل (استخلاف هیدروکسیل وکربونیل) و هیدروفوب (حلقه فنیل) توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی و برهمکنش­های هیدروفوبی با آمینواسیدهای جایگاه فعال پروتئین را دارد و لازم به­ذکر است که این حلقه­های فنیل و زنجیره 7 کربنه با پیوند دوگانه در موقعیت­های 1 و6 باعث افزایش لیپوفیلیسیته ترکیب می­شوند و لیپوفیلیسیته ترکیبcurcumin  (Logp برابر 27/3)  بیشتر از لیپوفیلیسیته caffeic acid است می­تواند روی برهمکنش­های هیدروفوبی با تیمیدین­کیناز تاثیر داشته باشد. همچنین، حلقه­های فنیل، زنجیره 7 کربنه و گروه­های متوکسی ترکیب curcumin با آمینواسیدهای Phe113، Ile159، Phe80، Leu50، Met13، Glu158، Tyr160 و Leu109 برهمکنش­های هیدروفوبی تشکیل می­دهند. Curcumin، در مقایسه با سایر ترکیبات فنولیک و داروی استاندارد اثر ضد تیمیدین­کیناز و انرژی اتصال قوی­تری را نشان می­دهد. این ترکیب قادر به تشکیل پیوند هیدروژنی توسط گروه­های کربونیل کربن­های 3 و 5 و استخلاف­ هیدروکسیل کربن 4 حلقه فنیل با آمینواسیدهای Lys17، Glu83 و Ile157 می­باشد. ترکیب curcumin نیز مشابه caffeic acid دارای برهمکنش arene-H بین حلقه­های فنیل ترکیب وآمینواسیدهای Ser18 و Phe118 می­باشد (شکل b7). یکی از تفاوت­های مهم این دو ترکیب در حلقه­های فنیل و پیوند­های دوگانه است. در curcumin، دارای دو حلقه فنیل با استخلاف­های هیدروکسیل و متوکسی در ­ کربن موقعیت 3 و4 و پیوند­های دوگانه در موقعیت­های 1 و6 می­باشد، درحالیکه ترکیب caffeic acid، دارای یک حلقه فنیل با استخلاف­های هیدروکسیل در کربن موقعیت 3 و4 می­باشد. بنابراین حلقه­های فنیل و استخلاف­های هیدروکسیل و متوکسی حلقه فنیل و گروه­های کربونیل در curcumin بر روی جهت­گیری فضایی ترکیب در جایگاه اتصال پروتئین موثر است و احتمالا برای سیستم مفید است و این امر می­تواند یکی از دلایل افزایش انرژی اتصال و افزایش اثر ضد ویروسی این ترکیب نسبت به caffeic acid شود.

برای ترکیب gallic acid، نتایج داکینگ نشان داد که برهمکنش­های عمده این ترکیب مشابه caffeic acid و curcumin از نوع برهمکنش­های هیدروفوب و پیوند هیدروژنی می­باشند. Gallic acid توانایی تشکیل 5 پیوند هیدروژنی توسط استخلاف­های هیدروکسیل کربن­های 3، 4 و 5 حلقه فنیل و گروه کربوکسیلیک­اسید با آمینواسیدهای Met13، Lys17، Asp82 و Gly161 را دارد (شکل c7). این ترکیب به­دلیل وجود حلقه فنیل و استخلاف­های هیدروکسیل در ساختار خود مشابه با caffeic acid و curcumin اثر ضدویروسی خوبی را نشان می­دهد و دارای ساختار قابل انعطاف­پذیر است و برهمکنش­های مناسبی با آمینواسیدهای جایگاه فعال داردکه احتمالا کانفورمر مناسب در فضای سه بعدی جایگاه فعال، باعث افزایش این برهمکنش­ها شده است. مقدار لیپوفیلیسیته gallic acid (Logp برابر 21/0) تقریبا برابر با لیپوفیلیسیته caffeic acid است و به دلیل عدم وجود استخلاف­های متوکسی و پیوند­های دوگانه و حلقه­های فنیل کمتر انرژی اتصال کمتری نسبت به caffeic acid و curcumin نشان می­دهد. ترکیب rosmarinic acid یک ترکیب فنولی گیاهی است که به­واسطه ایجاد پیوندهای هیدروژنی زیاد سبب مهار فعالیت تیمیدین­کینازی ویروس می­شود. این ترکیب علاوه بر برهمکنش­های هیدروفوب با آمینواسیدهای Leu50، Met13، Phe86، Thr48، Ile160، leu109، Glu83، Ile159 و Phe113، سه پیوند هیدروژنی از طریق گروه کربوکسیلیک­اسید و استخلاف­­های هیدروکسیل با آمینواسیدهای Lys17، Leu14، Asp43 وGly161 تشکیل می­دهد و یک برهمکنش arene-H با Ser18 برقرار می­کند. این ترکیب مشابه ترکیبات caffeic acid و curcumin، احتمالا با هیدروفیلیسیته مناسب (Logp برابر 17/1) و برقراری پیوندهای هیدروژنی از طریق استخلاف­های هیدروکسیل جهت­گیری فضایی مناسبی­ در جایگاه فعال پروتئین دارد و اثر مهاری قوی­تری نسبت به داروی استاندارد نشان می­دهد (شکل d7).

 

 


(a)

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

(b)

 

 


(d)

 

 

 

 

 

 

 

 

 


(e)

 

 

 

 

 

 

 

Interactions

backbone Hydrogen Bond

sidechain Hydrogen Bond

 

Pi-Cation

 

 

 

 

 

 

 

 


شکل 7- نمایش برهمکنش های مجموعه لیگاند-پروتئین به صورت دو بعدی و سه بعدی، (a) Caffeic acid، (b) Curcumin، (c) Gallic acid، (d) Rosmarinic acid و (e) Ganciclovir

 

مطالعات داکینگ نشان داد که قرار­دادن برخی استخلاف­ها بر روی قسمت­های خاصی از این ترکیبات موجب ایجاد اتصالات هیدروفوبی یا پیوند هیدروژنی بین ترکیبات و گیرنده می­شوند که این امر قدرت ترکیبات را افزایش می­دهد. نتایج داکینگ مولکولی نشان می­دهد که گروه­های فنولی و استخلاف­های هیدروکسیل و کربوکسیلیک­اسید برای فعالیت مهاری تیمیدین­کیناز می­توانند موثر باشند. همچنین، در بررسی­ نتایج بدست آمده، مشخص شد در مجموع، این ترکیبات کاندیدشده فعالیت بیولوژیک، خواص فیزیکوشیمیایی و اثر مهاری خوب تا قوی را بر روی پروتئین تیمیدین­کیناز نشان می­دهند که نتایج داکینگ هم این فعالیت­ها را تائید می­کند. علاوه براین، بررسی برهمکنش­های داکینگ حاکی از آن است که آمینواسیدهای Met13، Asp43، Asp82، Glu83، Phe118، Ile157، Gly161 و به­ویژه آمینواسیدهای Lys17 و Ser18 نقش کلیدی در برهمکنش ترکیبات فنولیک با پروتئین تیمیدین­کیناز دارند و می­توان این­طور استنباط کرد که تشکیل پیوند هیدروژنی و برهمکنش­های هیدروفوب از عوامل مهم در مهار پروتئین تیمیدین­کیناز می­باشند.

در سال 2020 El-Halim و همکاران اثر ترکیب curcumin را با استفاده از داکینگ مولکولی در مهار پروتئین تیمیدین­کیناز ویروس هرپس سیمپلکس نوع 1 (HSV-1) نشان دادند. نتایج نشان داد که ترکیب curcumin با انرژی اتصال (4/5- کیلوکالری بر مول) با آمینواسیدهای جایگاه فعال پروتئین از قبیل Glu225، Glu83، Gln125، Tyr101، Met128، Arg176، Arg163 و Tyr172 برهمکنش­های موثری دارد (15). در تحقیق Fahmya و همکاران (2020) خاصیت ضدویروسی ترکیب طبیعی ویتکسین درErythrina speciosa  بر روی پروتئین تیمیدین­کیناز ویروس هرپس سیمپلکس نوع 1 (HSV-1) با استفاده از داکینگ مولکولی بررسی شده است. نتایج مطالعه نشان داد که آمینواسیدهای Glu83، Tyr101، Arg176، His58 وArg163 نقش مهمی را در اتصال ترکیبات طبیعی به این پروتئین دارند (18).  Gercekو همکاران (۲۰۲۲) به مطالعه ترکیبات جدید برای ویروس واریولا پرداختند و اظهار داشتند که سه ترکیب 3SG، 4SG و 6SG اتصال مناسبی با انرژی های آزاد اتصال ۹/۷۱- تا ۱۰/۱۱- کیلوکالری بر مول با تیمیدیلات کیناز ویروس واکسینیا دارند و دارای برهمکنش های اتصال گیرنده-لیگاند بالایی هستند (19). علاوه بر این، Kwofie  و همکاران (۲۰۲۱) به شناسایی و بررسی مکانیسم مهار گیاهان مربوط به اتنو‌فارماکولوژیک در برابر تیمیدین کیناز ویروس واریسلا-زوستر در بیماری آبله مرغان با استفاده از رویکردهای مختلف مانند شبیه­سازی دینامیک مولکولی و داکینگ مولکولی پرداختند. نتایج نشان داده است که از ۶۵ ترکیب گیاهی بررسی شده، ۴۲ مورد از این ترکیبات دارای انرژی­های اتصال کمتر از ۷/۰- کیلوکالری بر مول هستند، با این حال تنها ۲۰ مورد مشاهده شد که برهمکنش پیوند هیدروژنی با پروتئین دارند. این فعل و انفعالات با استفاده از تجزیه و تحلیل نتایج دینامیک مولکولی و داکینگ مولکولی با آمینواسید Ala134 که برای اتصال حیاتی پیش بینی شده بود، روشن شد (28). در مطالعه­ای دیگر، همولوژی مدلینگ و مطالعات داکینگ مولکولی بر روی تیمیدین­کیناز ویروس واریسلا زوستر (VZV)  توسطSpadola  و همکاران (2003) انجام شد و نتایج این مطالعات منجر به یک مدل قابل اعتماد شد با توجه به ویژگی‌های اتصال این پروتئین که تفاوت­های جزئی در نحوه اتصال تیمیدین­کیناز VZVبه بسترها در رابطه با تیمیدین­کینازHSV-1 وجود دارد، این تفاوت‌ها می‌توانند برای طراحی لیگاند به منظور دستیابی به داروهای انتخابی بیشتر برای مداخلات ضد ویروسی و ژن درمانی مورد استفاده قرار گیرند (49).

نتیجه­گیری

نتایج این مطالعه مشخص کرد که از میان ترکیبات فنولیک، ترکیبات caffeic acid، curcumin، gallic acid و rosmarinic acid به دلیل ویژگیهای فارماکوکینتیکی مناسب و سمی نبودن، خواص بیولوژیک مطلوب و امتیاز داکینگ منفی و اتصالات قوی با پروتئین می­توانند باعث مهار پروتئین تیمیدین­کیناز شوند. هرچند انتظار می­رود که با بررسی بیشتر و مطالعه دقیقتر این ترکیبات در شرایط in vitro و in vivo بتوان از این منابع طبیعی به­عنوان مهارکننده­های بالقوه در مهار پروتئین تیمیدین­کیناز استفاده نمود.

سپاسگزاری

این مقالـه حاصـل طـرح تحقیقـاتی بـا کد اخلاق IR.SKUMS.REC.1401.064 در معاونت محترم تحقیقات و فن­آوری دانشگاه علوم پزشـکی شهرکرد می باشد. بدین وسیله از آن معاونت محتـرم و مرکز تحقیقات بیوشیمی بالینی، پژوهشکده علوم پایه سلامت، دانشگاه علوم پزشکی شهرکرد نهایـت قدردانی را به عمل می آوریم. طبق نظر نویسندگان هیچ گونه تضاد منافعی در پژوهش حاضر وجود ندارد.

1-برهانی، م. اعتمادی فر، ز. (1401). افزایش پایداری دمائی پروتئاز سالینی ویبریو پروتئولیتیکوس AF-2004 با استفاده از جهش­زایی هدفمند مکانی. پژوهش هـای سـلولی و مولکـولی، 35(4)، 542-558.
2- لطفی، ص. رضوان­ نژاد، الف، لنجانیان، ح. (1400). بررسی میانکنش ترکیبات فلاونوئیدی بره­موم با آنزیم استیل کولین استراز انسانی با استفاده از روش داکینگ مولکولی. پژوهش هـای سـلولی و مولکـولی، 34(3)، 322-337.
 
3. Adler H. Gould S. Hine P. Snell L.B. Wong W. Houlihan C.F. et al, (2022). Clinical features and management of human monkeypox: a retrospective observational study in the UK. Lancet Infect Dis. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(22)00228-6
4. Alakunle E. Moens U. Nchinda G. Okeke M.I. (2020). Monkeypox virus in Nigeria: infection biology, epidemiology, and evolution. Viruses. 12(11): 1257.
5. Al-Karmalawy A.A. Dahab M.A. Metwaly A.M. Elhady S.S. Elkaeed E.B. Eissa I.H. et al, (2021). Molecular Docking and Dynamics Simulation Revealed the Potential Inhibitory Activity of ACEIs Against SARS-CoV-2 Targeting the h ACE2 Receptor. Front Chem. 9: 661230.
6. Beer, E. M., Rao, V. B., 2019, A systematic review of the epidemiology of human monkeypox outbreaks and implications for outbreak strategy, PLOS Negl Trop Dis.,13(10): e0007791.
7. Brown K. Leggat P.A. (2016). Human monkeypox: current state of knowledge and implications for the future. Trop Med Int Dis. 1(1): 8.
8. Bunge E.M. Hoet B. Chen L. Lienert F. Weidenthaler H. Baer L.R. et al, (2022). The changing epidemiology of human monkeypox-A potential threat? A systematic review. PLOS Negl Trop Dis. 16(2): e0010141.
9. Cui Q. Shin W.S. Luo Y. Tian J. Cui H. Yin D. (2013). Thymidylate kinase: an old topic brings new perspectives. Curr Med Chem. 20(10):1286-305.
10. Damon, I. K., 2011, Poxviruses, J Clin Microbiol., 1647-1658.
11. De Oliveira A. Adams S.D. Lee L.H. Murray S.R. Hsu S.D. Hammond J.R. et al, (2013). Inhibition of herpes simplex virus type 1 with the modified green tea polyphenol palmitoyl-epigallocatechin gallate. Food Chem. Toxicol. 52: 207-215.
12. Docherty J.J. Sweet T.J. Bailey E. Faith S.A. Booth T. (2006). Resveratrol inhibition of varicella-zoster virus replication in vitro. Antivir Res. 72(3): 171-177.
13. Dyson O.F. Walker L.R. Whitehouse A. Cook P.P. Akula S.M. (2012). Resveratrol inhibits KSHV reactivation by lowering the levels of cellular EGR-1. PloS one. 7(3): e33364.
14. Egan W.J. Merz K.M. Baldwin J.J. (2000). Prediction of drug absorption using multivariate statistics. J Med Chem. 43(21): 3867-3877.
15. El-Halim S.M.A. Mamdouh M.A. El-Haddad A.E. Soliman S.M. (2020). Fabrication of anti-HSV-1 curcumin stabilized nanostructured proniosomal gel: molecular docking studies on thymidine kinase proteins. Sci Pharm.88(1): 9.
16. Espinoza J.L. Takami A. Trung L.Q. Kato S. Nakao S. (2012). Resveratrol prevents EBV transformation and inhibits the outgrowth of EBV-immortalized human B cells. PLoS One. 7(12): e51306.
17. Evers, D. L., Wang, X., Huong, S-M., Huang, D. Y., Huang, E-S., 2004, 3, 4′, 5-Trihydroxy-trans-stilbene (resveratrol) inhibits human cytomegalovirus replication and virus-induced cellular signaling, Antivir Res., 63(2): 85-95.
18. Fahmy N.M. Al‐Sayed E. Moghannem S. Azam F. El‐Shazly M. Singab A.N. (2020). Breaking down the barriers to a natural antiviral agent: Antiviral activity and molecular docking of Erythrina speciosa extract, fractions, and the major compound. Chem Biodivers. 17(2): e1900511.
19. Gercek Z. Jumamyradova S. Senturk A. M.  (2022). The Synthesis and Docking Study of Novel Compounds for Variola Virus, Eur J  Adv Chem Res.3(2): 1-7.
20. Goel, R. K. Singh, D. Lagunin A. Poroikov V. (2011) PASS-assisted exploration of new therapeutic potential of natural products. Med Chem Res. 20(9): 1509-1514.
21. Grant R. Nguyen L-BL. Breban R. (2020). Modelling human-to-human transmission of monkeypox. Bull World Health Organ. 98(9): 638.
22. (a) Morris G.M. Lim-Wilby M. (2008). Molecular docking. Methods Mol Biol. 443:365-382; (b) Hashemi-Shahraki F. Shareghi B. Farhadian S. Yadollahi E. (2023). A comprehensive insight into the effects of caffeic acid (CA) on pepsin: Multi-spectroscopy and MD simulations methods. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 289: 122240.
23. Heibati-Goojani F. Farhadian S. Shareghi B. Shahraki F.H. Ziaee E. (2021). Insights into the binding mechanism of Putrescine on α-amylase by multiple spectroscopic techniques and molecular docking. J Mol Struct. 1242:130702.
24. Hovmöller S. Zhou T. Ohlson T. (2002). Conformations of amino acids in proteins. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 58: 768-776.
25. Kabuga A.I. El Zowalaty M.E. (2019). A review of the monkeypox virus and a recent outbreak of skin rash disease in Nigeria. J Med Virol. 91(4):533-540.
26. Karamese M. Aydogdu S. Karamese S.A. Altoparlak U. Gundogdu C. (2015). Preventive effects of a major component of green tea, epigallocathechin-3-gallate, on hepatitis-B virus DNA replication. Asian Pac J Cancer Prev.16(10): 4199-4202.
27. Kim J-E. Song Y-J. (2019). Anti-varicella-zoster virus activity of cephalotaxine esters in vitro. J Microbiol. 57: 74-79.
28. Kwofie, S. K., Annan, D. G., Adinortey, C. A., Boison, D., Kwarko, G. B., Abban, R. A., et al, 2021, Identification of novel potential inhibitors of varicella-zoster virus thymidine kinase from ethnopharmacologic relevant plants through an in-silico approach, J Biomol Struct Dyn.1-16.
29. Li Q. Peng W. Ou, Y. (2020). Prediction and analysis of key protein structures of 2019-nCoV. Future Virol. 15(6): 349-357.
30. Li W-F. I Chik W. Wang D-Y. Pan L-T. (2017). Plant phenolic compounds as potential lead compounds in functional foods for antiviral drug discovery. Curr Org Chem. 21(18): 1847-1860.
31. Li Y. Zhao H. Wilkins K. Hughes C. Damon I.K. (2010). Real-time PCR assays for the specific detection of monkeypox virus West African and Congo Basin strain DNA. J Virol Methods.169(1): 223-227.
32. Lipinski C.A. (2000). Drug-like properties and the causes of poor solubility and poor permeability. J Pharmacol Toxicol Methods. 44(1):35-249.
33. Loaiza-Cano V. Monsalve-Escudero L.M.,Filho CdSMB. Martinez-Gutierrez M. Sousa DPd. (2020). Antiviral role of phenolic compounds against dengue virus: A review. Biomolecules. 11(1): 11.
34. Mahase, E., 2022, Monkeypox: What do we know about the outbreaks in Europe and North America? BMJ., 377: o1274.
35. McCollum A.M. Damon I.K. (2015). Human monkeypox. Clin Infect Dis. 58(2): 260-267.
36. Minhaj F.S. Ogale YP. Whitehill F. Schultz J. Foote M. Davidson W. et al, (2022). Monkeypox outbreak-nine states. Morbidity and Mortality Weekly Report.71(23): 764.
37. Muegge I. Heald S.L. Brittelli D. (2011) Simple selection criteria for drug-like chemical matter. J Med Chem. 44(12): 1841-1846.
38. Muhammed M.T. Aki‐Yalcin E. (2019). Homology modeling in drug discovery: Overview, current applications, and future perspectives. Chem Biol Drug Des. 93(1): 12-20.
39. Rabbi M.F. Akter S.A. Hasan M.J. Amin A. (2021). In Silico characterization of a hypothetical protein from Shigella dysenteriae ATCC 12039 Reveals a Pathogenesis-Related Protein of the Type-VI Secretion System. Bioinform Biol Insights. 15: 11779322211011140.
40. Rahman M.M. Rahaman M.S. Islam M.R. Rahman F. Mithi F.M. Alqahtani T. et al, (2021). Role of phenolic compounds in human disease: current knowledge and future prospects. Molecules. 27(1): 233.
41. Rechtman M.M. Har-Noy O. Bar-Yishay I. Fishman S. Adamovich Y. Shaul Y. et al, (2010). Curcumin inhibits hepatitis B virus via down-regulation of the metabolic coactivator PGC-1α. FEBS Lett. 584(11): 2485-2490.
42. Reynolds M.G. Carroll D.S. Karem K.L. (2012). Factors affecting the likelihood of monkeypox's emergence and spread in the post-smallpox era. Curr Opin Virol. 2(3): 335-343.
43. Rezvannejad E. Lotfi S. Boustan A. (2020). Modeling of heat stress protein 70 (HSP70) of honey bee by homology modeling and molecular simulation method and interaction to HSP40. Cell Mol Research (Iran J Biol). 32(4): 482-491.
44. Rezza G. (2019). Emergence of human monkeypox in west Africa. Lancet Infect Dis.19(8): 797-799.
45. Rizk J.G. Lippi G. Henry B.M. Forthal D.N. Rizk Y. (2022). Prevention and Treatment of Monkeypox. Drugs. 1-7.
46. Romano J.D. Tatonetti N.P. (2019). Informatics and computational methods in natural product drug discovery: a review and perspectives. Front genet.10: 368.
47. Sarkar M. Saha S. (2020). Structural insight into the putative role of novel SARS CoV-2 E protein in viral infection: a potential target for LAV development and therapeutic strategies. Plos One. 15(8): e0237300.
48. Saxena S.K. Ansari S. Maurya V.K. Kumar S. Jain A. Paweska J.T. et al, (2022). Re‐emerging human monkeypox: a major public‐health debacle. J Med Virol. https://doi.org/10.1002/jmv.27902
49. Spadola L. Novellino E. Folkers G. Scapozza L. (2003). Homology modelling and docking studies on Varicella Zoster Virus Thymidine kinase, Eur J Med Chem., 38(4): 413-419.
50. Wang G-F. Shi L-P. Ren Y-D. Liu Q-F. Liu H-F. Zhang R-J. et al, (2009). Anti-hepatitis B virus activity of chlorogenic acid, quinic acid and caffeic acid in vivo and in vitro. Antivir Res. 83(2): 186-190.
51. Wiederstein, M., Sippl MJ. (2007). ProSA-web: interactive web service for the recognition of errors in three-dimensional structures of proteins. Nucleic acids research., 35(suppl_2): W407-10.
52. Xie Y. Huang B. Yu K. Shi F. Liu T. Xu W. (2013). Caffeic acid derivatives: a new type of influenza neuraminidase inhibitors. Bioorg Med Chem Lett. 23(12): 3556-3560.
53. Yang L. Mo X. Yang H. Dai H. Tan F. (2014). Testing the sensitivities of noncognate inhibitors to varicella zoster virus thymidine kinase: implications for postherpetic neuralgia therapy with existing agents. J Mol Model. 20:1-10.
54. Yinka-Ogunleye A. Aruna O. Ogoina D. Aworabhi N. Eteng W. Badaru S. et al, (2018). Reemergence of human monkeypox in Nigeria. 2017. Emerg Infect Dis. 24(6): 1149.
55. Yiu C-Y. Chen S-Y. Chang L-K. Chiu Y-F. Lin T-P. (2010). Inhibitory effects of resveratrol on the Epstein-Barr virus lytic cycle. Molecules. 15(10): 7115-7124.
56. Zandi K. Ramedani E. Mohammadi K. Tajbakhsh S. Deilami I. Rastian Z. et al. (2010). Evaluation of antiviral activities of curcumin derivatives against HSV-1 in Vero cell line. Nat Prod Commun. 5(12): 1934578X1000501220.
Journal of Cellular and Molecular Research (Iranian Journal of Biology)
Volume 38, Issue 1
Spring 2025
Pages 46-61

  • Receive Date 07 January 2023
  • Revise Date 04 May 2023
  • Accept Date 08 May 2023