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Alle Verfahren zur Netzwerkpharmakologie wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien für die Evaluierungsmethoden der Netzwerkpharmakologie21 durchgeführt. Der in dieser Studie verwendete umfassende Arbeitsablauf in der Netzwerkpharmakologie ist in Abbildung 2 schematisch dargestellt.
Synthese von Thiazolon-Derivaten
Die Thiazolonderivate in dieser Studie wurden in unserer früheren Arbeit19 durch eine kupferkatalysierte asymmetrische Fernpropargylierungsreaktion synthetisiert. In der Reaktion wurden CuI als Katalysator und ein chiraler Pybox-Ligand (L1) als Stereokontrollkern in einem DIPEA-Basen- und Methanol-Lösungsmittelsystem bei -10 °C für 48 h verwendet, wodurch eine hohe enantioselektive Kopplung zwischen Propargylestern und Thiazolonen erreicht wurde. Das Zielprodukt wurde mit einer Ausbeute von bis zu 89 %, einem Enantiomerenverhältnis (er) von 97,8:2,2 und einem diastereomeren Verhältnis (dr) von 17,8:1 erhalten. Detaillierte Informationen zu den Synthesemethoden dieser Verbindungsserie finden Sie in früheren Studien19. Diese Methode zeigte eine breite Anwendbarkeit des Substrats und ermöglichte die Aufnahme von Aryl (ortho-, meta-, para-Substituenten), aliphatischen Ketten und Propargylestern mit geschmolzenen Ringen sowie verschiedenen substituierten Thiazolonen mit Ausbeuten zwischen 51 % und 98 %. Diese Strategie konstruiert zum ersten Mal effizient multichiral-zentrierte Thiazolon-Gerüste in einem einstufigen Prozess und bietet einen hochselektiven und unkomplizierten Ansatz für die Synthese chiraler Wirkstoffmoleküle mit signifikanten potenziellen Anwendungen in der medizinischen Chemie.
Pharmakologische Vorhersage des Netzwerks
Zielvorhersage des Thiazolon-Derivats: Die strukturellen Darstellungen der Thiazolon-Derivate wurden mit der KingDraw-Software generiert, und die entsprechenden Strukturdateien wurden anschließend über die Open Babel-Software in SMILES ID umgewandelt. Um potenzielle therapeutische Ziele gegen RD vorherzusagen, verwendeten wir einen umfassenden computergestützten Ansatz unter Verwendung von drei verschiedenen Zielvorhersagedatenbanken: SwissTargetPrediction (http://swisstargetprediction.ch/), TargetNet (http://targetnet.scbdd.com) und SuperPred (https://prediction.charite.de). Für die TargetNet-Analyse haben wir ein strenges Filterkriterium implementiert, indem wir Gene mit einer Wahrscheinlichkeit > 0 ausgewählt haben. In der SuperPred-Datenbank haben wir strengere Selektionsparameter angewendet und nur die Gene beibehalten, die eine Modellgenauigkeit > 90 % und eine Wahrscheinlichkeit > 60 % aufweisen, um eine hohe Zuverlässigkeit der Zielvorhersagen zu gewährleisten.
Vorhersage von RD-Zielen: Basierend auf der GeneCards-Datenbank (https://www.genecards.org/) und der OMIM-Datenbank (https://omim.org/) führten wir eine Suche nach Rhabdomyosarkom durch. Für die Daten aus der GeneCards-Datenbank haben wir die Ergebnisse mit einer Punktzahl von mehr als 20 gefiltert, um Gene zu erhalten, die mit dem Rhabdomyosarkom assoziiert sind.
Aufbau und Analyse von Protein-Protein-Interaktionsnetzwerken (PPI): Die potenziellen Ziele von Thiazolonderivaten und die mit RD assoziierten Gene wurden durchschnitten. Die potenziellen Ziele für die Behandlung des humanen embryonalen Rhabdomyosarkoms durch Thiazolonderivate wurden in die STRING-Datenbank (https://www.string-db.org/) hochgeladen, um eine hochzuverlässige Analyse der Ziel-PPI-Beziehung (Protein-Protein-Interaktion) durchzuführen. Das PPI-Netzwerk wurde in der Cytoscape-Software (http://www.cytoscape.org/) erstellt, und die Kernziele wurden auf der Grundlage von Gradwerten gescreent.
Aufbau eines Netzwerknetzwerks für den Wirkstoff-Krankheit-Ziel-Signalweg: Das Netzwerk des Wirkstoff-Ziel-Signalwegs kann die Ziele von Verbindungen und Krankheiten und die an diesen Zielen beteiligten Signalwege klar erkennen, um mögliche Schlüsselziele und -wege für die Therapie von Wirkstoffen bei RD zu identifizieren. Erstellen Sie zunächst die Netzwerktabelle und die Attributtabelle in der Tabelle. Der Inhalt der Netzwerktabelle umfasst hauptsächlich die Korrespondenz zwischen der Verbindung und dem Kernziel, die Korrespondenz zwischen dem Kernziel und dem beteiligten Signalweg sowie die Korrespondenz zwischen RD und dem Hauptweg. Der Inhalt der Attributtabelle dient hauptsächlich dazu, alle Informationen in der Netzwerktabelle zu klassifizieren und zu benennen. Öffnen Sie danach die Cytoscape-Software, laden Sie die Netzliste an den Ladeort hoch, legen Sie den Start- und Endpunkt fest, laden Sie die Attributtabelle hoch und ändern Sie schließlich die Bildform.
Integrierte funktionelle Annotation und netzwerkpharmakologische Analyse - Construction Gene Ontology (GO) Enrichment, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG): Die GO- und KEGG-Anreicherungsanalyse der Kernziele wurde von der DAVID-Datenbank durchgeführt (https://david.ncifcrf.gov/). In der Reihenfolge des P-Wertes von klein bis groß wurden die Top 10 Items in den Bereichen biologischer Prozess (BP), zelluläre Komponente (CC) und molekulare Funktion (MF) in GO für die Analyse ausgewählt, und die Top 20 Items in KEGG wurden analysiert, und die GO- und KEGG-Blasenkarten der Kernziele wurden auf der Grundlage der Online-Mikrobioinformationsplattform erstellt.
Molekulares Docking: Die Kernzielproteine wurden aus der PDB-Datenbank (https://www.rcsb.org/) ausgewählt und die Strukturdateien der Kernziele heruntergeladen. Zunächst wurden die Proteine mit der PyMol-Software dehydriert, gefolgt von der Trennung von Liganden und Rezeptoren. Anschließend wurden die Proteine mit der ADFRSuite-Software hydriert und die Gitterbox-Parameter für die molekulare Docking-Software AutoDock ermittelt. Die pdbqt-Dateien von Thiazolidinon-Derivaten und Kernzielproteinen wurden mit der AutoDock Vina-Software erstellt. Anschließend wurden molekulare Docking-Simulationen von Thiazolon-Derivaten und Kernzielproteinen durchgeführt. Schließlich wurden die molekularen Docking-Modelle mit der PyMol-Software visualisiert.
Simulation der Molekulardynamik: Die PDB-Datei wurde unter Verwendung des Kraftfeldes amber99sb-ildn und des TIP3P-Wassermodells in das GROMACS-kompatible GRO-Format konvertiert:
gmx pdb2gmx -f Pro.pdb -o Pro_temp_H.gro -ff amber99sb-ildn -water tip3p -ignh
Es wurde eine kubische periodische Grenzbox mit einem Abstand von 1,2 nm vom Protein hinzugefügt:
gmx editconf -f Pro_temp_H.gro -o Pro_temp_H_box.gro -c -d 1.2 -bt cubic
Die Box wurde mit TIP3P-Wassermolekülen gefüllt:
GMX Solvat -CP Pro_temp_H_box.GR -O Pro_temp_H_box_water.GR -P topol.top
Das System wurde durch Zugabe von Na-Ionen neutralisiert:
gmx grompp -f ionen.mdp -c Pro_temp_H_box_water.gro -p topol.top -ionen.tpr
gmx genion -s ionen.tpr -o Pro_temp_H_box_water_ion.gro -p topol.top -neutral
Die Energieminimierung wurde durchgeführt:
gmx grompp -f minim.mdp -c Pro_temp_H_box_water_ion.gro -p topol.top -o em.tpr
gmx mdrun -v -deffnm em
Die NVT-Äquilibrierung wurde durchgeführt:
gmx grompp -f nvt.mdp -c em.gro -r em.gro -p topol.top -o nvt.tpr
gmx mdrun -deffnm nvt -v
Der NVV-Ausgleich wurde durchgeführt:
gmx grompp -f npt.mdp -c nvt.gro -r nvt.gro -t nvt.cpt -p topol.top -o npt.tpr
gmx mdrun -deffnm npt -v
Die Molekulardynamik-Simulation in der Produktion wurde initiiert:
gmx grompp -f md.mdp -c npt.gro -t npt.cpt -p topol.top -o md_0_1.tpr
gmx mdrun -deffnm md_0_1 -v
Nach Abschluss der Simulationen wurden die resultierenden Trajektorien mit Hilfe von Visual Molecular Dynamics (VMD) und PyMOL analysiert, und die Analyse der freien Energie zwischen den Proteinen und den niedermolekularen Liganden wurde mit dem g_mmpbsa Programm durchgeführt.
Bewertung der Auswirkungen von Arzneimitteln auf die Lebensfähigkeit von RD-Zellen
RD-Zellen (Embryonale Rhabdomyosarkom-Zelle; STR Authenticated) in der logarithmischen Wachstumsphase trypsinisiert, um eine Zellsuspension in einer Konzentration von 1 x105 Zellen/ml zu erzeugen. Diese Suspension wurde dann in eine 96-Well-Platte mit einer Dichte von 1 x 104 Zellen/Well (100 μl pro Well) ausgesät und bei 37 °C mit 5 % CO2 inkubiert, um eine Zelladhäsion zu ermöglichen. Nach der Adhäsion wurde das Medium durch 100 μl serumfreies Medium mit 1 % FBS ersetzt, und die Zellen wurden 12 Stunden lang ausgehungert. Anschließend wurde das Medium gegen 100 μL des jeweiligen Mediums ausgetauscht, das unterschiedliche Konzentrationen der Testverbindung enthielt. Die Kontrollvertiefungen wurden entweder mit lösungsmittelhaltigem Medium oder normalem Medium behandelt, und Blindvertiefungen, die nur das entsprechende Medium ohne Zellen enthielten, wurden eingeschlossen. Die Platten wurden bei 37 °C mit 5 % CO2 für 24 h inkubiert (die Dauer wurde in Vorversuchen als optimal für die Beobachtung der maximalen inhibitorischen Wirkung dieser Verbindungsklasse auf RD-Zellen bestimmt). Das heißt, die Zeit, die benötigt wird, bis der OD-Wert der Zelldichte etwa 1,0 erreicht. Danach wurden 10 μl CCK-8-Lösung in jede Vertiefung gegeben und die Platten für weitere 1-4 Stunden inkubiert. Schließlich wurde die Extinktion bei 450 nm mit einem Mikroplatten-Reader gemessen. Die lösungsmittelbehandelten Zellen dienten als Kontrollgruppe, und die Blindvertiefungen wurden für die Baseline-Korrektur verwendet. Die Zellviabilität wurde auf der Grundlage der Absorptionswerte berechnet.
Überlebensrate% = [(Kontrollgruppe-blank)-(Versuchsgruppe-blank)]/(Kontrollgruppe-blank) x 100%