Sila bisresorcinolu z Heliciopsis Terminalis na starnutie pokožky: in vitro bioaktivity a molekulárne interakcie, časť 2

Molekulárna interakčná analýza

Molekulárne dokovanie sa použilo na predpovedanie väzbových miest testovaných zlúčenín na proteínové receptory, ako je kolagenáza, elastáza a tyrozináza, v porovnaní so známymi inhibítormi zodpovedajúceho enzýmu (doplnkové informácie). V súlade s predchádzajúcimi publikáciami sa hodnotila relatívna väzbová afinita, zatiaľ čo väzbové interakcie boli ilustrované pomocou najlepšie predpovedanej konformácie (Teajaroen a kol., 2020; Jewboonchu a kol., 2020; Tanawattanasuntorn a kol., 2020; Saeloh a kol., 2020; ).

Podľa relevantných štúdií je cistanche bežná bylina, ktorá je známa ako „zázračná bylina, ktorá predlžuje život“. Jeho hlavnou zložkou je cistanozid, ktorý má rôzne účinky ako antioxidačné, protizápalové a podporuje imunitné funkcie. Mechanizmus medzi cistanche a bielením kože spočíva v antioxidačnom účinku cistanchových glykozidov. Melanín v ľudskej koži je produkovaný oxidáciou tyrozínu katalyzovanou tyrozinázou a oxidačná reakcia vyžaduje účasť kyslíka, takže voľné radikály v tele sa stávajú dôležitým faktorom ovplyvňujúcim produkciu melanínu. Cistanche obsahuje cistanozid, ktorý je antioxidantom a môže znížiť tvorbu voľných radikálov v tele, čím inhibuje produkciu melanínu.

Kliknite na Cistanches Herba For Whitening

Ďalšie informácie:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

Pre enzým kolagenázu boli výsledky interakcií ligand-proteín demonštrované na obr. 3 a tabuľke S1. Väzbovú energiu -5,89 kcal mol-1 na klostridiovú kolagenázu (PDB ID 2Y6I) prezentoval bisresorcinol. Pre ďalšie známe inhibítory kolagenázy, vrátane kyseliny kávovej, bol stanovený rozsah väzbovej energie medzi -3,68 a -7,90 kcal mol-1.

Bisresorcinol aj kyselina kávová zdieľali kolagenázové väzbové miesta (obr. 3A). Štyri aminokyseliny zodpovedné za pripojenie kyseliny kávovej zahŕňali His524, Trp496, His527 a Trp539 (obr. 3B). His524 a Trp496 interagovali s kyselinou kávovou vodíkovými väzbami cez karboxylovú a fenolovú hydroxylovú skupinu (skupiny). His527 a Trp539 sa viazali na fenolický kruh pomocou π-π stohovania. Iné aminokyseliny v enzýmovom vrecku prispeli k ich viazaniu prostredníctvom Van der Waalsovej sily (obr. 3C). Interakcie medzi kolagenázou a bisresorcinolom sú znázornené na obr. 3D a 3E, zahŕňajúce aminokyseliny Trp496 a Trp539, ktoré darovali π-elektróny na väzbu na fenolický kruh bisresorcinolu. Pozorovala sa prítomnosť vodíkových väzieb medzi hydroxylovými skupinami bisresorcinolu a aminokyselinami Asp601 a Ser602. Navyše, atóm Zn v aktívnom mieste enzýmu môže byť koordinovaný s bisresorcinolom aj kyselinou kávovou.

Bola tu podobnosť vo väzbe na elastázu bisresorcinolu a kyseliny ursolovej (obr. 4A). Čo sa týka kyseliny ursolovej, vodíková väzba bola navrhnutá pre cyklickú alifatickú hydroxylovú skupinu a Ser96, ako aj pre karboxylovú skupinu a Asn192 (obr. 4B a 4C). Je zaujímavé, že sa predpokladalo štrukturálne skladanie bisresorcinolu. To by mohlo uľahčiť interakcie medzi fenolickými hydroxylovými skupinami zlúčeniny a aminokyselinami ako Asn147, Ser190, Phe215 a Ser217 prostredníctvom vodíkových väzieb (obr. 4D a 4E).

Na skúmanie väzbovej afinity zlúčenín k tyrozináze sa použila kryštalická štruktúra hubovej tyrozinázy (PDB ID 2Y9X). Výsledky sú zobrazené na obr. 5 a tabuľke S3, čo naznačuje, že väzbová energia bisresorcinolu bola -6,57 kcal mol-1, čo je v rozsahu -4,63 až -8,12 kcal mol-1 pre iné známe inhibítory. Naproti tomu všetky známe substráty boli pevne viazané na tyrozinázu podľa enormného poklesu väzbovej energie na rozsah od -15,46 do -23,94 kcal mol-1.

Pravdepodobne sa vyskytli koordinačné kovalentné väzby medzi kovovými iónmi a -arbutínom alebo bisresorcinolom na aktívnom mieste tyrozinázy. Avšak ióny medi (Cu2 plus ) boli v AutodockTool nahradené iónmi zinku (Zn2 plus ), pretože silové pole pre Cu2 plus je nedostupné a ióny Cu2 plus a Zn2 plus sú úplne identické, pokiaľ ide o náboje a veľkosti (Santos-Martins et al. ., 2014). V prípade -arbutínu sa jeden ión zinku môže kovalentne viazať na fenolovú hydroxylovú skupinu a ďalší ión zinku interaguje s fenolovým kruhom prostredníctvom väzby π-katión so zvyškami His259 a His263 (obr. 5B a 5C). Okrem toho sú aminokyseliny, ako napríklad Asn260, Ser282 a Val283, spojené so svojimi hydroxylovými skupinami vodíkovou väzbou. Vzhľadom na bisresorcinol fenolová hydroxylová skupina vytvorila vodíkové väzby s Met280, Ala 246 a Glu239. Zreteľne sa pozorovala π-π vrstvená interakcia medzi fenolovým kruhom a His263 a príťažlivosť π-katiónu medzi iným fenolovým kruhom a Arg321.

Stručne povedané, molekulárne interakcie a väzbová afinita medzi bisresorcinolom a kolagenázou, elastázou alebo tyrozinázou boli uvedené v tabuľke 2.

DISKUSIA

Kurkuminoid, fenolová zlúčenina z Curcuma longa L., je súčasťou rôznych kozmetických produktov ako antioxidant pre vlastnosti proti starnutiu (Gopinath & Karthikeyan, 2018). Pretože existovali fenolické hydroxy determinanty, očakávalo sa, že bisresorcinol z kmeňa H. terminals bude mať podľa toho aktivitu proti starnutiu (obr. 1). V nedávnych in vitro inhibičných testoch sa zistilo, že bisresorcinol dominantne inhibuje aktivity elastázy a tyrozinázy skôr ako kolagenázový náprotivok (obr. 2). V súlade s tým sa uskutočnili in silico dokovacie experimenty, aby sa zistila väzbová afinita bisresorcinolu relevantná pre tieto enzýmy starnutia. Interakcie týkajúce sa π-elektrónov a vodíkových väzieb sa považovali za kľúčové determinanty ich väzieb. Okrem toho, hydrofóbne interakcie, ktoré sa vyskytli medzi fenolickými hydroxylovými skupinami a aminokyselinovými zvyškami v/v blízkosti aktívnych miest enzýmu, môžu prispieť k strate funkcií enzýmov, čo sa týka predchádzajúcej literatúry (Medvidović-Kosanović et al., 2010; Pientaweeratch, Panapisal & Tansirikongkol, 2016). Väzbové charakteristiky bisresorcinolu ku každému enzýmu tu boli jasne vysvetlené na základe štruktúrneho porovnania zodpovedajúceho špecifickému inhibítoru. Inhibícia klostrídiovej kolagenázy kyselinou kávovou, EGCG, kvercetínom a katechínom bola zdokumentovaná (Szewczyk a kol., 2020; Pluemsamran, Onkoksoong & Panich, 2012; Hong a kol., 2014). Podobne ako pri iných známych inhibítoroch sa predpokladá, že hydroxyfenolové skupiny bisresorcinolu interagujú s kľúčovými aminokyselinami väzbového miesta kolagenázy prostredníctvom interakcie π-π a vodíkovej väzby. Je zaujímavé, že dlhá flexibilná štruktúra bisresorcinolu sa mohla zložiť alebo predĺžiť. Pri predĺžení by sa teda neviazaný fenolový kruh na druhej strane mohol viazať na aminokyselinové zvyšky v aktívnom mieste, čo má za následok zvýšenú väzbovú silu. Týmto spôsobom bol navrhnutý inhibičný potenciál bisresorcinolu na aktivitu kolagenázy (obr. 6).

V súlade s predchádzajúcou štúdiou (Huang et al., 2013) väzba na enzým elastázu bisresorcinolu a známych inhibítorov, ako je prokyanidín, kvercetín a kyselina ursolová, bola identická, čo zahŕňalo tvorbu vodíkových väzieb. Okrem toho sa predpokladalo, že interakcie medzi bisresorcinolom a aminokyselinami okrem enzýmového vrecka sprostredkovávajú rozvinutý fenolový kruh látky (obr. 7).

Vzhľadom na inhibičnú aktivitu tyrozinázy sa ukázalo, že inhibítory ako kyselina kojová, rutín a L-mimozín sa kompetitívne viažu na enzým tyrozinázy s L-tyrozínom, čo vedie k inhibícii syntézy melanínu (Channar et al., 2018; Nguyen & Tawata, 2015 Si a kol., 2012). Na obr. 8 sú navrhnuté n-n interakcie medzi akoukoľvek testovanou zlúčeninou a histidínovými zvyškami aktívneho miesta medi tyrozinázy. V súlade s predchádzajúcim výskumom to poskytlo vysvetlenie najmä pre ďalšie antagonistické účinky na tyrozinázovú aktivitu takýchto zlúčenín (Lai et al., 2017). Fenolový skelet v štruktúrach sa podieľa na navrhovaní derivátov indanónu (Jung a kol., 2019) a tiazolyl rezorcinolu (Mann a kol., 2018), čo podporuje možnosť použitia bisresorcinolu ako antagonistu enzýmu tyrozinázy.

ZÁVER

Bisresorcinol môže slúžiť ako kompetitívny inhibítor pre kolagenázu, elastázu a tyrozinázu s porovnateľnými spôsobmi väzby v porovnaní so známymi inhibítormi. Avšak dlhá a flexibilná štruktúra bisresorcinolu bola zaujímavá tým, že mohli byť zjavné ďalšie interakcie smerom k neviazanému fenolovému kruhu so susednými aminokyselinami enzýmov. Toto zistenie bolo prvýkrát zaznamenané a mohlo by poskytnúť nápad na vývoj nových kozmetických produktov obsahujúcich bisresorcinol pre účinky proti starnutiu a bielenie. Napriek tomu bolo potrebné ďalej skúmať jeho účinnosť in vivo a prostredníctvom klinických skúšok.

POĎAKOVANIE

Autori úprimne ďakujú ďalším poskytovateľom výskumných zariadení, ako je Graduate School na Prince of Songkla University; Centrum excelentnosti systému podávania liekov, Fakulta farmaceutických vied, Univerzita Prince of Songkla; postgraduálna škola biomedicínskych a zdravotníckych vied (farmaceutické vedy), Hirošimská univerzita, Hirošima, Japonsko; a Katedra biomedicínskych vied a biomedicínskeho inžinierstva, Lekárska fakulta, Prince of Songkla University, Thajsko.

Financovanie

Tento výskumný projekt finančne podporil The Royal Golden Jubilee Ph.D. Program (Ph.D./0151/2556), Thajský výskumný fond (TRF), Thajsko a Thajská národná rada pre výskum (NRCT). Investori nezohrávali žiadnu úlohu pri navrhovaní štúdie, zbere údajov a analýze, rozhodovaní o publikovaní alebo príprave rukopisu.

Zverejnenie grantov

Autori zverejnili nasledujúce informácie o grante: The Royal Golden Jubilee: Ph.D./0151/2556. Thajský výskumný fond (TRF). Thajsko a Národná rada pre výskum Thajska (NRCT).

Konkurenčné záujmy

Autori vyhlasujú, že nemajú žiadne konkurenčné záujmy.

Autorské príspevky

· Charinrat Saechan vymyslela a navrhla experimenty, vykonala experimenty, analyzovala údaje, pripravila obrázky a/alebo tabuľky, napísala alebo zrevidovala návrhy článku a schválila konečný návrh.

·Uyen Hoang Nguyen vykonal experimenty, analyzoval údaje, pripravil obrázky a/alebo tabuľky a schválil konečný návrh.

· Zhichao Wang vykonal experimenty, analyzoval údaje, pripravil obrázky a/alebo tabuľky a schválil konečný návrh.

· Sachiko Sugimoto vytvorila a navrhla experimenty, napísala alebo zrevidovala návrhy článku a schválila konečný návrh.

·Yoshi Yamano navrhol a navrhol experimenty, napísal alebo skontroloval návrhy článku a schválil konečný návrh.

· Katsuyoshi Matsunami vymyslel a navrhol experimenty, napísal alebo zrevidoval návrhy článku a schválil konečný návrh.

·Hideaki Otsuka vykonal experimenty, napísal alebo skontroloval návrhy článku a schválil konečný návrh.

·Giang Minh Phan vykonal experimenty, napísal alebo skontroloval návrhy článku a schválil konečný návrh.

· Viet Hung Pham vykonal experimenty, napísal alebo skontroloval návrhy článku a schválil konečný návrh.

· Varomyalin Tipmanee navrhol a navrhol experimenty, vykonal experimenty, analyzoval údaje, pripravil obrázky a/alebo tabuľky, napísal alebo zrevidoval návrhy článku a schválil konečný návrh.

· Jasadee Kaewsrichan koncipovala a navrhla experimenty, analyzovala údaje, pripravila obrázky a/alebo tabuľky, napísala alebo zrevidovala návrhy článku a schválila konečný návrh.

Dostupnosť údajov

O dostupnosti údajov boli poskytnuté nasledujúce informácie:

Nespracované údaje pre hodnoty IC50 bisresorcinálnych a pozitívnych štandardov pre enzymatické inhibičné testy týkajúce sa kolagenázy, elastázy a tyrozinázy sú dostupné v doplnkových súboroch.

Doplňujúce informácie

Doplňujúce informácie k tomuto článku nájdete online.

LITERATÚRA

1. Abhijit S, Manjushree D. 2010. Anti-hyaluronidáza, anti-elastázová aktivita Garcinia indica. International Journal of Botany 6(3):299–303 DOI 10.3923/ijb.2010.299.303.

2. BIOVIA. 2020. Discovery studio. San Diego: Dassault Systèmes.

3. Channar PA, Saeed A, Larik FA, Batool B, Kalsoom S, Hasan MM, Ashraf Z. 2018. Syntéza arylpyrazolu prostredníctvom Suzukiho kopulačnej reakcie, in vitro test inhibície enzýmu hubovej tyrozinázy a porovnávacia analýza molekulárneho dokovania s kojicom kyselina. Bioorganic Chemistry 79:293–300 DOI 10.1016/j.bioorg.2018.04.026.

4. Chaturvedula VP, Schilling JK, Miller JS, Andriantsiferana R, Rasamison VE, Kingston DG. 2002. Nové cytotoxické bis 5-alkylresorcinolové deriváty z listov Oncostemon bojerianum z madagaskarského dažďového pralesa. Journal of Natural Products 65(11):1627–1632 DOI 10.1021/np0201568.

5.Dobos G, Lichterfeld A, Blume-Peytavi U, Kottner J. 2015. Hodnotenie starnutia pokožky: systematický prehľad klinických škál. British Journal of Dermatology 172(5):1249–1261 DOI 10.1111/bjd.13509.

6. Európska komisia, Vedecký výbor pre bezpečnosť spotrebiteľov. 2010. Stanovisko k rezorcinolu, SCCS/1270/09.

7. Giang PM, Nga NT, Van Trung B, Anh DH, Viet PH. 2019. Hodnotenie antioxidačných, hepatoprotektívnych a protizápalových aktivít bisresorcinolu izolovaného z kmeňa zakončení Heliciopsis. Pharmaceutical Chemistry Journal 53(7):628–634 DOI 10.1007/s11094-019-02051-7.

8. Gopinath H, Karthikeyan K. 2018. Kurkuma: korenie, kozmetika a liek. Indian Journal of Dermatology Venereology and Leprology 84(1):16 DOI 10.4103/idol.IJDVL_1143_16.

9.Hong YH, Jung EY, Noh DO, Suh HJ. 2014. Fyziologické účinky prípravku obsahujúceho extrakt zo zeleného čaju s premenenou tanázou na starostlivosť o pleť: fyzická stabilita, aktivity kolagenázy, elastázy a tyrozinázy. Integrative Medicine Research 3(1):25–33 DOI 10.1016/j.imr.2013.12.003.

10. Huang Y, Chen L, Feng L, Guo F, Li Y. 2013. Charakterizácia celkových fenolových zložiek zo stoniek Spatholobus suberect pomocou LC-DAD-MSn a ich inhibičný účinok na aktivitu elastázy ľudských neutrofilov. Molekuly 18(7):7549–7556 DOI 10,3390/molekuly18077549.

11. Humphrey W, Dalke A, Schulten K. 1996. VMD–vizuálna molekulová dynamika. Journal of Molecular Graphics 14(1):33–38 DOI 10.1016/0263-7855(96)00018-5.

12.Jewboonchu J, Saetang J, Saeloh D, Siriyong T, Rungrotmongkol T, Voravuthikunchai SP, Tipmanee V. 2020. Atomistický pohľad a modelované objasnenie conessinu smerom k efluxnej pumpe Pseudomonas aeruginosa. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics 8(4):1–10

13.Jiratchayamaetasakul C, Ding Y, Hwang O, Im ST, Jang Y, Myung SW, Lee JM, Kim HS, Ko SC, Lee SH. 2020. I. vitro skríning inhibičných a antioxidačných aktivít elastázy, kolagenázy, hyaluronidázy a tyrozinázy 22 rastlinných extraktov halofytov pre nové kozmeceutiká. Fisheries and Aquatic Sciences 23(1):1–9 DOI 10.1186/s41240-020-00149-8.

14.Jung HJ, Noh SG, Park Y, Kang D, Chun P, Chung HY, Moon HR. 2019. I. vitro a in silico pohľady na inhibítory tyrozinázy s (E)-benzylidén-1-indanónovými derivátmi. Computational and Structural Biotechnology Journal 17(Suppl. 2):1255–1264 DOI 10.1016/j.csbj.2019.07.017.

15.Lai X, Wichers HJ, Soler-Lopez M, Dijkstra BW. 2017. Štruktúra proteínu 1 súvisiaceho s ľudskou tyrozinázou odhaľuje binukleárne aktívne miesto zinku dôležité pre melanogenézu. Angewandte Chemie International Edition 56(33):9812–9815 DOI 10.1002/anie.201704616.

16.Mann T, Scherner C, Röhm KH, Kolbe L. 2018. Vzťahy medzi štruktúrou a aktivitou tiazolyl rezorcinolov, účinných a selektívnych inhibítorov ľudskej tyrozinázy. International Journal of Molecular Sciences 19(3):690 DOI 10.3390/ijms19030690.

17.Medvidović-Kosanović M, Šeruga M, Jakobek L, Novak I. 2010. Elektrochemické a antioxidačné vlastnosti (plus)-katechínu, kvercetínu a rutínu. Croatica Chemica Acta 83 (2): 197–207.

18. Nguyen BCQ, Tawata S. 2015. Mimosínové dipeptidové enantioméry: vylepšené inhibítory proti melanogenéze a cyklooxygenáze. Molekuly 20(8):14334–14347 DOI 10.3390/molekuly200814334.

19.Pientaweeratch S, Panapisal V, Tansirikongkol A. 2016. Antioxidačné, anti-kolagenázové a antielastázové aktivity Phyllanthus emblica, Manilkara zapota a silymarínu: in vitro porovnávacia štúdia pre aplikácie proti starnutiu. Farmaceutická biológia 54 (9): 1865–1872

20.Pluemsamran T, Onkoksoong T, Panich U. 2012. Kyselina kávová a kyselina ferulová inhibujú UVA-indukovanú matricovú metaloproteinázu-1 prostredníctvom regulácie antioxidačného obranného systému v keratinocytových HaCaT bunkách. Photochemistry and Photobiology 88(4):961–968 DOI 10.1111/j.1751-1097.2012.01118.x.

21.Saeloh D, Wenzel M, Rungrotmongkol T, Hamoen LW, Tipmanee V, Voravuthikunchai SP. 2017. Účinky rodomyrtónu na grampozitívny bakteriálny homológ tubulínu FtsZ. PeerJ 5(9):e2962 DOI 10.7717/peerj.2962.

22.Santos-Martins D, Forli S, Ramos MJ, Olson AJ. 2014. AutoDock4Zn: vylepšené silové pole AutoDock pre dokovanie malých molekúl k metaloproteínom zinku. Journal of Chemical Information and Modeling 54(8):2371–2379 DOI 10.1021/ci500209e.

23. Selvaraj S, Krishnaswamy S, Devashya V, Sethuraman S, Krishnan UM. 2014. Komplexy flavonoid-kov: nová trieda terapeutických činidiel. Medicinal Research Reviews 34(4):677–702 DOI 10.1002/med.21301.

24. Sherratt MJ, Hopkinson L, Naven M, Hibbert SA, Ozols M, Eckersley A, Newton VL, Bell M, Meng QJ. 2019. Cirkadiánne rytmy v koži a iných elastických tkanivách. Matrix Biology 84(14):97–110 DOI 10.1016/j.matbio.2019.08.004.

25.Si YX, Yin SJ, Oh S, Wang ZJ, Ye S, Yan L, Yang JM, Park YD, Lee J, Qian GY. 2012. Integrovaná štúdia inhibície tyrozinázy rutínom: pokrok pomocou výpočtovej simulácie. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics 29(5):999–1012 DOI 10.1080/073911012010525028.

26.Szewczyk K, Miazga-Karska M, Pietrzak W, Komsta Ł, Krzeminska B, Grzywa-Celinska A. 2020. Fenolické zloženie a vlastnosti súvisiace s pokožkou extraktu nadzemných častí rôznych kultivarov Hemerocallis. Antioxidanty 9(8):690 DOI 10.3390/antiox9080690.

27. Tanawattanasuntorn T, Thongpanchang T, Rungrotmongkol T, Hanpaibool C, Graidist P, Tipmanee V. 2020. (-)-Kusunokinín ako potenciálny inhibítor aldózoreduktázy: ekvivalencia pozorovaná prostredníctvom simulácie dynamiky AKR1B1. ACS Omega 6(1):606–614 DOI 10.1021/acsomega.0c05102.

28. Teajaroen W, Phimwapi S, Daduang J, Klaynongsruang S, Tipmanee V, Daduang S. 2020. Úloha novo nájdeného pomocného miesta vo fosfolipáze A1 z thajskej tigrovanej osy (Vespa afinity) pri jej enzymatickom posilnení: in silico homológia modelovanie a poznatky z molekulárnej dynamiky. Toxíny 12(8):510 DOI 10.3390/toxíny12080510.

29. Thring TS, Hili P, Naughton DP. 2009. Antikolagenázové, antielastázové a antioxidačné aktivity extraktov z 21 rastlín. BMC Complementary and Alternative Medicine 9(1):1–11 DOI 10.1186/1472-6882-9-27.

30.Widyowati R, Sugimoto S, Yamano Y, Sukardiman, Otsuka H, ​​Matsunami K. 2016. Nové izolinariíny C, D a E, flflavonoidové glykozidy z Linaria japonica. Chemical and Pharmaceutical Bulletin 64(5):517–521 DOI 10.1248/CPB.c16-00073.

Viac informácií: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501