Een reeks triazol- en oxadiazol-gebaseerde acetamidederivaten werden gesynthetiseerd en geëvalueerd als urease- en α-glucosidase-remmers. Compound 8c vertoonde de sterkste urease-remming, terwijl 9e beter presteerde dan acarbose tegen α-glucosidase. BSA-bindings- en in silico-studies ondersteunden hun geneesmiddelachtige eigenschappen, waarbij beide verbindingen als veelbelovende leadkandidaten werden geïdentificeerd.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Onderzoeksartikel
Synthese, biologische evaluatie en in silico studies van nieuwe triazol- en oxadiazol-gebaseerde acetamiden als urease- en α-glucosidase-remmers
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Deze studie onderzocht het therapeutisch potentieel van nieuwe 1,2,4-triazol- en 1,3,4-oxadiazol-gebaseerde acetamidederivaten als dual-target remmers van urease en α-glucosidase, twee enzymen die respectievelijk betrokken zijn bij gastro-intestinale aandoeningen en type 2 diabetes. Een geïntegreerde benadering die multistep organische synthese, in vitro biologische evaluatie, moleculaire koppeling, in silico ADME-voorspelling en analyse van dichtheidsfunctionele theorie (DFT) combineert, werd toegepast om krachtige leidende verbindingen met gunstige farmacokinetische eigenschappen te identificeren. Beginnend met benzoëzuur werden een reeks 1,2,4-triazoolderivaten (8a–c) en 1,3,4-oxadiazolderivaten (9d–f) met gesubstitueerde acetamidegroepen succesvol gesynthetiseerd. Alle verbindingen vertoonden remmende activiteit tegen beide doelenzymen. Verbinding 8c was de krachtigste urease-remmer (IC₅₀ = 6,14 ± 1,06 μM), terwijl verbinding 9e de sterkste remming van α-glucosidase vertoonde (IC₅₀ = 27,29 ± 0,41 μM), waarmee hij de referentie-remmer acarbose (IC₅₀ = 38,25 ± 0,12 μM) overtrof. Computationele analyses ondersteunden de experimentele bevindingen: ADME-voorspellingen gaven gunstige geneesmiddelachtige eigenschappen aan, en moleculaire koppeling toonde sterke bindingsinteracties, waarbij verbinding 8a de hoogste affiniteit vertoonde voor α-glucosidase (−7,165 kcal/mol) en verbinding 9e de sterkste binding aan urease vertoonde (−7,30 kcal/mol). DFT-berekeningen correleerden de biologische activiteit verder met elektronische eigenschappen, waarbij relatief kleine HOMO–LUMO-energieverschillen voor de meest actieve verbindingen, 8c (0,14831 a.u.) en 9e (0,14302 a.u.) werden aangetoond. Gezamenlijk identificeren deze bevindingen de verbindingen 8c en 9e als veelbelovende loodsteigers voor de ontwikkeling van de volgende generatie remmers van urease en α-glucosidase.
Inleiding
Heterocyclische groepen zijn eerder gerapporteerd in veel bestaande geneesmiddelen, en heterocycli vormen een belangrijke klasse van enzymremmers die worden gebruikt bij de behandeling van metabole en infectieziekten1. Onder heterocycli zijn 1'3'4-oxadiazolen een van de meest bestudeerde steigers in geneesmiddelenontwikkeling en zijn gerapporteerd als antiviraal, antibacterieel, antibacterieel, kankerbestrijdend, hypotensief, neuroprotectiv, anticonvulsivum, antituberculcula en antituberculaire middelen2, 3,4,5. Evenzo hebben 1'2'4-triazolderivaten ook anticonvulsiva', antibacteriëf', antiviraal, antituberculair, antidiabetisch, anti-inflammatoir, antiproliferatief', antioxidant, antimalaria-, en urease-remmende werkingvertoond 6,7. Paracetamide-bevattende verbindingen hebben een sterk farmacologisch profiel en zijn gebruikt als synthetische intermediairen in heterocyclische chemie, evenals als antidiabetica, Anticoagulantia en chemosensensibiliserende middelen, waardoor ze aantrekkelijke loodstructuren zijn voor geneesmiddelenontdekking 8,9.
Er zijn aanzienlijke inspanningen gericht op de ontwikkeling van multitargetremmers van α-glucosidase en urease. α-Glucosidase-remming vertraagt de koolhydraatvertering en glucoseabsorptie, waardoor de postprandiale bloedsuikerspiegels bij patiënten met type 2 diabetes mellitus worden verlaagd. Huidige remmers zoals acarbose zijn effectief, maar worden geassocieerd met gastro-intestinale bijwerkingen, wat een behoefte creëert aan structureel diverse remmers10,11. Urease breekt ureum af tot ammoniak en kooldioxide. Deze reactie zorgt ervoor dat de bacterie Helicobacter pylori, die zweren veroorzaakt en de gastheer vatbaarder maakt voor maagkanker, in de maag kan overleven, waardoor urease een belangrijk doelwit is bij de ontwikkeling van anti-ulcusmedicijnen. A Het therapeutische doel is de ontwikkeling van nieuwe remmers voor beide enzymen 9,12.
Echter, ondanks de beschikbare onderzoeksstudies naar 1'2'4-triazol en 1'3'4-oxadiazol scaffolds, zijn er zeer weinig studies gerapporteerd die verband houden met de acetamidederivaten van 1'2'4-triazol en 1'3'4-oxadiazol die een thioether-groep bevatten als dubbele α-glucosidase- en ureaseremmers13. Hun eiwitbindingsgedrag en computationele karakterisering hebben in deze context ook beperkte aandacht gekregen. Hierin, We stelden voor dat het samenvoegen van triazol of oxadiazol en substituerende acetamidefragmenten in hetzelfde moleculaire kader een bevredigend enzymremmend profiel met acceptabele fysisch-chemische eigenschappen zou opleveren.
Om deze hypothese te testen, werden een reeks van 1,2,4-triazool-gebaseerde acetamidederivaten (8a–c) en 1,3,4-oxadiazol-gebaseerde acetamidederivaten (9d–f) gesynthetiseerd en geëvalueerd op hun remmende activiteit tegen α-glucosidase en urease. De bindingsinteracties van de meest actieve verbindingen (8a, 8c en 9e) met runderserumalbumine (BSA) werden onderzocht met behulp van fluorescentiespectroscopie, binding constant determinatie en thermodynamische analyse. Daarnaast werden moleculaire koppeling, ADME-voorspelling en dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT)-berekeningen uitgevoerd om hun bindingsmodi, farmacokinetische eigenschappen en elektronische eigenschappen te onderzoeken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle reagentia waren van analytische kwaliteit en werden zonder verdere zuivering gebruikt. De reactievoortgang werd gemonitord met dunne-laagchromatografie (TLC) op silicagel met n-hexaan/ethylacetaat (7:3–6:4, v/v), waarbij vlekken zichtbaar werden onder ultraviolet licht. Tenzij anders vermeld, werden alle reacties uitgevoerd onder omgevingsatmosfeer. De gesynthetiseerde verbindingen werden gekarakteriseerd door Fouriertransformatie infrarood (FTIR), 1HNMR en 13C NMR spectroscopie. De 1H en 13C NMR-spectra werden geregistreerd in CDCl₃ bij respectievelijk 600 MHz en 150 MHz, en chemische verschuivingen werden gerapporteerd in ppm ten opzichte van het resterende oplosmiddelsignaal. Het synthetische pad is afgebeeld in Figuur 1. De volledige fysisch-chemische karakteriseringsgegevens voor alle gesynthetiseerde verbindingen zijn beschikbaar in Supplementair Bestand 1.
Synthese van ethylbenzoaat (1)
Benzoëzuur (50 g, 0,41 mol) werd in een 500 mL rondbodemkolf geplaatst, en absolute ethanol (150 mL) werd toegevoegd. Geconcentreerd zwavelzuur (6 mL) werd druppelgewijs als katalysator toegevoegd onder continue magnetische roering. Het reactiemengsel werd 4–6 uur onder terugvloei verwarmd bij 78 °C met behulp van een watergekoelde condensor. De voortgang van de reactie werd gemonitord door TLC. Na voltooiing werd het mengsel gekoeld tot kamertemperatuur en geneutraliseerd met verzadigd waterig natriumcarbonaat totdat de pH 7–8 bereikte. Het reactiemengsel werd overgebracht naar een scheidingstrechter, en de organische laag werd opgevangen, gewassen met gedestilleerd water en gedroogd boven anhydrus natriumsulfaat. Na de filtratie werd ethylbenzoaat (1) direct gebruikt in de volgende stap zonder verdere zuivering (Figuur 1).
Synthese van benzohydrazide (2)
Ethylbenzoaat (1; 0,41 mol) werd opgelost in absolute ethanol (100 mL), en hydrazinehydraat (80%, 25 mL, overschot) werd toegevoegd onder continu roeren. Het reactiemengsel werd onder terugvloei verhit bij 78 °C gedurende 4–5 uur onder lucht met behulp van een watergekoelde condensor. De voortgang van de reactie werd gemonitord door TLC. Na voltooiing werd het witte kristallijne neerslag van benzohydrazide (2) opgevangen door filtratie, gewassen met koud ethanol, gedroogd tot constant gewicht bij kamertemperatuur, en gebruikt in latere synthetische stappen (Figuur 1).
Synthese van 5-fenyl-1,3,4-oxadiazol-2-thiol (3)
Benzohydrazide (2; 10 g, 0,073 mol) en kaliumhydroxide (4,12 g, 0,073 mol) werden in een 250 mL rondbodemfles met ethanol (30 mL) geplaatst. Het mengsel werd 10 minuten onder terugvloei verwarmd bij 78 °C met behulp van een watergekoelde condensor. Koolstofdisulfide (CS₂; 5 mL, 0,083 mol) werd vervolgens toegevoegd en de reflux werd nog eens 3–4 uur voortgezet. De voortgang van de reactie werd gemonitord door TLC. Na voltooiing werd het reactiemengsel overgebracht in gedestilleerd water en met continu roeren verwarmd. Verdund zoutzuur werd druppelwijs toegevoegd totdat de pH 5 bereikte, wat resulteerde in neerslag van verbinding (3) (Figuur 1). Het neerslag werd door filtratie opgevangen, grondig gewassen met koud gedestilleerd water, gedroogd tot een constant gewicht en gewogen om de opbrengst te bepalen. De verbinding werd gekarakteriseerd door FTIR, 1H NMR en 13C NMR spectroscopie.
Synthese van 4,5-difenyl-4H-1,2,4-triazool-3-thiol (4)
Benzohydrazide (2; 5 g, 0,037 mol) en fenylisothiocyanaat (4 mL, 0,037 mol) werden geplaatst in een 100 mL rondbodemkolf voorzien van een watergekoelde condensor. Het reactiemengsel werd onder reflux verhit bij 78 °C totdat de vorming van het thiosemicarbazide-intermediair voltooid was, zoals bevestigd door TLC met n-hexaan/ethylacetaat (7:3, v/v). Kaliumhydroxide (2 g, 0,036 mol), opgelost in ethanol (20 mL), werd vervolgens toegevoegd, en de reflux werd voortgezet tot de vorming van verbinding (4), zoals bevestigd door TLC. Het reactiemengsel werd overgebracht naar gedestilleerd water, verhit met continu roeren en verzuurd met verdund zoutzuur tot pH 5 om verbinding (4) neer te slaan (Figuur 1). Het neerslag werd opgevangen door filtratie, grondig gewassen met koud gedestilleerd water, gedroogd tot constant gewicht en gekarakteriseerd met FTIR, 1H NMR en 13C NMR spectroscopie.
Synthese van bromoacetamide-tussenproducten 7(a–f)
Elke gesubstitueerde anilineafgeleide 5(a–f) (1 equivalent) werd opgelost in chloroform en afgekoeld in een ijsbad om de reactietemperatuur op 0–5 °C te houden. Bromoacetylbromide (6, ≥98%, 1 equivalent) werd druppelwijs toegevoegd met continu roeren. Tijdens de reactie werd naar behoefte 18% waterige natriumcarbonaatoplossing toegevoegd om de pH van de reactie tussen 9 en 10 te behouden door het geproduceerde hydrobrominzuur te neutraliseren. Nadat de toevoeging van bromoacetylbromide was voltooid, werd het reactiemengsel tot kamertemperatuur opgewarmd en geroerd totdat TLC de volledige consumptie van het uitgangsmateriaal bevestigde. De resulterende bromoacetamide-tussenproducten 7(a–f) werden door filtratie verzameld, gewassen met koud gedestilleerd water, gedroogd tot een constant gewicht en direct gebruikt in de daaropvolgende synthetische stap zonder verdere zuivering (Figuur 1).
Synthese van triazol-gebaseerde acetamidederivaten 8(a–c)
Triazoolafgeleide (4; 0,5 g, 0,002 mol) werd opgelost in N, N-dimethylformamide (10 mL) in een 50 mL rondbodemkolf. Het juiste bromoacetamide-intermediair (7a, 7b of 7c; 0,002 mol, 1 equivalent) werd toegevoegd met continu roeren, gevolgd door natriumhydride (0,05 g, 0,002 mol) om S-alkylering te bevorderen. Het reactiemengsel werd 24–48 uur op kamertemperatuur geroerd, waarbij de voortgang van de reactie werd gevolgd door TLC. Na voltooiing werd het reactiemengsel in ijskoud water gegoten om neerslag te induceren. Het neerslag werd opgevangen door filtratie, grondig gewassen met koud water, gedroogd en gekarakteriseerd met FTIR, 1H NMR en 13C NMR-spectroscopie (Figuur 1).
Synthese van op oxadiazol gebaseerde acetamidederivaten 9(d–f)
Oxadiazol-derivaat (3; 0,5 g, 0,002 mol) werd opgelost in N, N-dimethylformamide (10 mL) in een 50 mL rondbodemkolf. Het bijbehorende bromoacetamide tussentijd, 7d, 7e of 7f (0,002 mol, 1 equivalent), werd toegevoegd, gevolgd door natriumhydride (0,05 g, 0,002 mol) om S-alkylering te vergemakkelijken. Het reactiemengsel werd 24–48 uur op kamertemperatuur geroerd, waarbij de voortgang werd gevolgd door TLC. Na voltooiing werd het mengsel in ijskoud water gegoten om het product neer te slaan. Het neerslag werd opgevangen door filtratie, grondig gewassen met koud water, gedroogd en gekarakteriseerd met FTIR, 1H NMR en 13C NMR-spectroscopie (Figuur 1).
α-glucosidase-inhibitietest
De remmende activiteit van α-glucosidase werd geëvalueerd door 50 μL van de testmonsteroplossing te mengen met 100 μL α-glucosidaseoplossing (0,35 U/mL) bereid in fosfaatbuffer (pH 6,8). Het reactiemengsel werd 10 minuten geïncubeerd bij 37 °C, waarna 100 μL van 1,5 mM p-nitrofenielenyl-α-D-glucopyranoside als substraat werd toegevoegd. Na verdere incubatie bij 37 °C gedurende 20 minuten werd de reactie beëindigd door 1 mL 1 M natriumcarbonaat (Na₂CO₃) toe te voegen. De absorptie werd gemeten op 400 nm14. Acarbose werd gebruikt als positieve controle. Het reactiemengsel zonder de testverbinding diende als negatieve controle, terwijl het reactiemengsel zonder enzym als blanco werd gebruikt.
Alle experimenten werden driemaal uitgevoerd en de resultaten worden uitgedrukt als het gemiddelde ± standaarddeviatie (SD). Het percentage inhibitie van α-glucosidase-activiteit werd berekend met de volgende vergelijking(1)14:
(1)
waarbij As de absorptie van de testmonsteroplossing vertegenwoordigt, Ab de absorptie van het reagensblank (zonder α-glucosidase), en A0 de absorptie van de negatieve controle (zonder het monster). De IC50-waarden werden bepaald door het testen van verbindingsconcentraties variërend van 3,125 tot 100 μM. Niet-lineaire regressieanalyse werd uitgevoerd met standaard grafische software.
Urease-inhibitietest
De urease-remmende activiteit werd bepaald met een aangepaste Berthelot-methode. Het reactiemengsel bestond uit 300 μL van de testmonsteroplossing, 200 μL jackbean-ureaseoplossing en 200 μL van 25 mM ureum. Het mengsel werd 30 minuten geïncubeerd in een waterbad bij 37 °C. Na de incubatie werd 500 μL van een kleurontwikkelende oplossing toegevoegd met 10 g/L fenol en 50 g/L natriumnitroprusside, gevolgd door 500 μL van een tweede oplossing met 5% (v/v) natriumhypochloriet en 5 g/L natriumhydroxide. Het reactiemengsel werd vervolgens nog eens 15–30 minuten geïncubeerd om kleurontwikkeling mogelijk te maken.
De absorptie van de oplossing werd gemeten op 625 nm tegenover een reagensblank15. Thiourea werd gebruikt als positieve controle, het reactiemengsel zonder de testverbinding als negatieve controle, en het mengsel zonder het urease-enzym als blank. Alle experimenten werden driemaal uitgevoerd (n = 3), en de resultaten worden uitgedrukt als gemiddelde waarden ± standaarddeviatie (S.D.). Het remmingspercentage werd berekend met de volgende wiskundige formule (2)15:
(2)
waarbij A0 de absorptie is van de controle (zonder inhibitor) en As de absorptie van het testmonster (met inhibitor). Grafieken en niet-lineaire regressieanalyses om IC50-waarden te bepalen werden uitgevoerd met standaard dataplottsoftware.
BSA-bindingsassay
Bindingsinteracties tussen runderserumalbumine (BSA) en de gesynthetiseerde verbindingen werden onderzocht met behulp van fluorescentie-afschrikkingsspectroscopie. Een 10 μM BSA-voorraadoplossing werd bereid in een 20 mM fosfaatbuffer (pH 7,4). Voor elk titratieexperiment werd 1,0 mL BSA-oplossing gemengd met 2,0 mL fosfaatbuffer in een kwartscuvet. De oplossing werd getitreerd door opeenvolgende toevoegingen van 5 μL aliquot van de testverbinding (1,5 mM in methanol). Fluorescentie-emissiespectra werden geregistreerd over het golflengtebereik van 300–400 nm na excitatie bij 295 nm, met de maximale waarneming van ongeveer 336 nm. Fluorescentiemetingen werden uitgevoerd met een fluorescentiespectrofotometer uitgerust met standaard fluorescentie-acquisitiesoftware, met excitatie- en emissiespleetbreedtes ingesteld op respectievelijk 10 nm en 2,5 nm. Om de thermodynamische bindingsparameters te bepalen, waaronder de Gibbs-vrije energie (ΔG), enthalpie (ΔH) en entropie (ΔS), werden de titratie-experimenten herhaald bij 298, 308 en 313 K.
Om het fluorescentie-afkoelmechanisme te onderzoeken, werden de experimentele gegevens geanalyseerd met behulp van de Stern–Volmer-vergelijking (Vergelijking 3)16:
(3)
waarbij F0 en F respectievelijk de fluorescentieintensiteiten van BSA in afwezigheid en aanwezigheid van de afkoeler vertegenwoordigen; Kq is de bimoleculaire afkoelsnelheidsconstante; τ0 is de gemiddelde levensduur van BSA zonder een afkoeler; KSV is de Stern-Volmer afkoelconstante; en [Q] is de concentratie van de afkoeler. De bindingsconstante (Kb) en het aantal bindingsplaatsen (n) werden vervolgens bepaald door het dubbele logaritme uit te zetten volgens Vergelijking (4)16:
(4)
Bovendien werden de standaard Gibbs-vrije energieverandering (ΔG°), standaard enthalpieverandering (ΔH°) en standaard entropieverandering (ΔS°) die de bindingsinteractie regelen berekend met behulp van de Van't Hoff- en Gibbs-Helmholtz-relaties uitgedrukt in vergelijkingen (5) en (6)17:
ΔG∘ = -RT ln Kb (5)
(6)
waarbij R de universele gasconstante is en T de absolute temperatuur in Kelvin.
Moleculaire koppeling
Alle moleculaire modellering en koppelingssimulaties werden uitgevoerd met de Schrödinger Suite (Maestro-interface), waarbij koppelen werd uitgevoerd met de Glide-module. De kristalstructuren van α-glucosidase (PDB ID: 5NN8) en urease (PDB ID: 4H9M) werden gehaald uit de RCSB Protein Data Bank. Eiwitstructuren werden voorbereid met behulp van de Protein Preparation Wizard door co-gekristalliseerde liganden, watermoleculen en niet-essentiële heteroatomen te verwijderen, ontbrekende residuen en lussen toe te voegen, correcte bindingsvolgordes toe te wijzen en polaire waterstofatomen toe te voegen. Protonatie- en tautomerische toestanden werden toegewezen bij fysiologische pH (7,0 ± 2,0) met behulp van de Epik-module. De voorbereide eiwitstructuren werden vervolgens onderworpen aan een beperkte energie-minimalisatie met het OPLS-krachtveld om sterische botsingen te verlichten.
De tweedimensionale structuren van verbindingen 3, 4, 8(a–c) en 9(d–f), samen met de referentieremmers acarbose en thiourea, werden voorbereid met behulp van de LigPrep-module. Bindingsorden, stereochemie en ionisatietoestanden bij fysiologische pH werden geoptimaliseerd, en de resulterende driedimensionale ligandconformaties werden energie-geminimaliseerd met behulp van het OPLS-krachtveld.
Receptorroosters werden gegenereerd met behulp van het Receptor Grid Generation-instrument, waarbij de roosterboxen gecentreerd waren op de co-gekristalliseerde native liganden om de actieve sites te definiëren. De afmetingen van de rasterboxen waren ingesteld op 25 × 25 × 25 Å voor beide eiwitten. Het ureaserooster was gecentreerd op x = −38,76, y = −44,14 en z = 66,88, terwijl het α-glucosidaserooster gecentreerd was op x = 21,14, y = −7,56 en z = 24,37.
Koppelingsberekeningen werden uitgevoerd met de extra-precision (XP) modus van Glide met flexibele ligandbemonstering. Meerdere bindingshoudingen werden voor elke ligand gegenereerd, en de houding met de laagste Glide-koppelscore werd geselecteerd voor verdere analyse. Het koppelingsprotocol werd gevalideerd door de co-gekristalliseerde liganden opnieuw aan te koppelen in hun respectievelijke receptorroosters. Root-mean-square-deviation (RMSD) waarden van ≤2,0 Å bevestigden de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van het dockingprotocol.
De bindingsconformaties van de gedockte complexen werden weergegeven met behulp van PyMOL (versie 3.1)18. Eiwit-ligandinteracties, waaronder waterstofbruggen, hydrofobe contacten en elektrostatische interacties, werden geanalyseerd met Discovery Studio Visualizer19.
Analyse van dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT)
Alle dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT)-berekeningen werden uitgevoerd met Gaussian 09, en de geoptimaliseerde moleculaire geometrieën en frontier moleculaire orbitalen werden gevisualiseerd met GaussView 5. De gesynthetiseerde triazol- en oxadiazol-gebaseerde acetamidederivaten, 8(a–c) en 9(d–f), werden in de waterige fase onderworpen aan geometrische optimalisatie met behulp van de Becke-drieparameter Lee–Yang–Parr (B3LYP) hybride functionaal in combinatie met de 6-311+G(d,p) basisset20. Oplosmiddeleffecten werden geïntegreerd met behulp van het Conductor-achtige Polarizable Continuum Model (CPCM)21. Vervolgens werden op hetzelfde theoretische niveau berekeningen van vibratiefrequenties uitgevoerd om te bevestigen dat alle geoptimaliseerde structuren overeenkwamen met ware lokale minima op het potentiële energieoppervlak, zoals blijkt uit de afwezigheid van imaginaire frequenties.
Om de elektronische overgangen en kinetische stabiliteit van de gesynthetiseerde verbindingen te begrijpen, werden de energieën van de hoogst bezette moleculaire orbitaal (EHOMO) en de laagste onbezette moleculaire orbitaal (ELUMO) berekend. De frontier moleculaire orbitale energiekloof (ΔE = ELUMO - EHOMO) werd voor elke afgeleide bepaald om de chemische reactiviteit en kinetische stabiliteit te beoordelen, waarbij een kleinere energiekloof een hogere reactiviteit aangeeft.
Bovendien werden globale chemische reactiviteitsdescriptoren—waaronder chemische hardheid (η), zachtheid (S), chemisch potentiaal (μ), elektronegativiteit (X) en de elektrophiliciteitsindex (w)—berekend uit de frontier orbitale energieën met behulp van de volgende standaard operationele vergelijkingen22:
(7)
(8)
(9)
(10)
De berekende elektronische eigenschappen en globale descriptoren werden systematisch vergeleken over de reeks heen om structuur-activiteitsrelaties (SAR's) vast te stellen die hun waargenomen α-glucosidase- en urease-remmende profielen weerspiegelen.
Daarnaast werden moleculaire elektrostatische potentiaalkaarten (MESP) gegenereerd en gevisualiseerd met VESTA om de ladingsverdeling over de geoptimaliseerde moleculaire kaders in kaart te brengen. De MESP-oppervlakken maakten het mogelijk elektrofiele (elektronendeficiënte, nucleofiele aanval bevoordeeld) en nucleofiele (elektronrijke, elektrofiele aanvalsbegunstigde) regio's te identificeren. Deze elektrostatische potentiaalverdeling werd uiteindelijk gecorreleerd met de specifieke niet-covalente bindingsinteracties, zoals waterstofbruggen en elektrostatische contacten, waargenomen in de moleculaire koppelingssimulaties.
ADME-analyse
Om de geneesmiddelgelijkheid en biofarmaceutische eigenschappen van de gesynthetiseerde triazol- en oxadiazol-gebaseerde acetamidederivaten 8(a–c) en 9(d–f) te evalueren, werd een in silico absorptie, distributie, metabolisme en uitscheiding (ADME) analyse uitgevoerd. De vereenvoudigde moleculair-input line-entry system (SMILES) representaties van alle gesynthetiseerde verbindingen, samen met de referentieremmers acarbose en thiourea, werden gegenereerd met een moleculair modelleringssoftwarepakket en ingediend bij de SwissADME-webserver23.
De berekende fysisch-chemische parameters omvatten molecuulgewicht (MW), lipofiliciteit (logP), topologisch polair oppervlak (TPSA), het aantal waterstofbindingsdonoren (HBD), het aantal waterstofbindingsacceptoren (HBA) en het aantal roteerbare bindingen (RB).
Farmacokinetische eigenschappen werden geëvalueerd door de gastro-intestinale (GI) absorptie en de permeabiliteit van de bloed-hersenbarrière (BBB) te voorspellen. Daarnaast werden de verbindingen beoordeeld op naleving van Lipinski's regel van vijf en andere vastgestelde criteria voor geneesmiddelgelijkheid om hun orale biobeschikbaarheid te schatten. Ten slotte werd de synthetische toegankelijkheid (SA) score voor elke verbinding berekend op een schaal van 1 (makkelijk te synthetiseren) tot 10 (zeer moeilijk te synthetiseren). De voorspelde ADME- en geneesmiddelgelijkheidsprofielen van de gesynthetiseerde verbindingen werden vergeleken met die van de referentieremmers om hun potentieel als leidende kandidaten voor geneesmiddelontwikkeling te evalueren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Chemie en karakterisering van gesynthetiseerde verbindingen
De doel-triazol- en oxadiazolgebaseerde acetamidederivaten werden gesynthetiseerd volgens het synthetische pad dat in Figuur 1 wordt getoond. De gewenste verbindingen werden verkregen in goede tot uitstekende opbrengsten (69%–87%) als witte tot gele kristallijne vaste stoffen. Hun zuiverheid werd bevestigd door TLC, smeltpuntbepaling en spectroscopische a...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Deze studie synthetiseerde een reeks triazol- en oxadiazolgebaseerde acetamidederivaten en evalueerde hun structurele, biologische, computationele en farmacokinetische eigenschappen. Spectroscopische karakterisering met HRMS, elementaire analyse, 1H NMR en 13C NMR bevestigden de succesvolle synthese van de doelmoleculen. De waargenomen chemische verschuivingen, koppelingspatronen en koolstofresonanties waren consistent met de voorgestelde s...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteur verklaart dat er geen belangenconflict is
Dankbetuigingen
De auteur spreekt zijn waardering uit aan de Faculteit Klinische Farmacie van de Al Baha Universiteit, Saoedi-Arabië.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1-Naphthylamine | Merck | 106148 | Aromatisch amine gebruikt voor de bereiding van gesubstitueerde analogen |
| 2,5-Dimethylaniline | Sigma-Aldrich | D146706 | Aromatisch amine gebruikt voor synthese van gesubstitueerde derivaten |
| 3,4-Dimethylaniline | Alfa Aesar | A15416 | Aromatisch amine gebruikt voor de bereiding van structurele analogen |
| Benzoic Acid | Sigma-Aldrich | 242381 | Uitgangsmateriaal voor synthese van benzohydrazide tussenproduct |
| Bromoacetyl Bromide | Sigma-Aldrich | B17601 | Elektrofiel reagens gebruikt bij de synthese van bromoacetamide tussenproducten |
| Carbon Disulfide | Sigma-Aldrich | 289116 | Belangrijk reagens voor cyclisatie naar oxadiazool-ringsysteem |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | C2432 | Oplosmiddel gebruikt in extractie- en zuiveringsprocessen |
| Dimethylformamide (DMF) | Sigma-Aldrich | 227056 | Pools aprotisch oplosmiddel gebruikt in derivatisatie- en substitutiereacties |
| Diphenylamine | Sigma-Aldrich | D23802 | Aromatisch amine gebruikt bij de synthese van derivaatverbindingen |
| Epik (2022-1) | Schrödinger, LLC | N/A (software) | Gebaat om ligandionisatietoestanden bij pH 7,0 te genereren; RRID: N/A |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | Reactieoplosmiddel voor esterificatie en hydrazidevorming |
| Ethyl Acetate | Sigma-Aldrich | 270989 | Poolse mobiele fasecomponent in TLC-analyse en extractie |
| Gaussian 09, Revision D.01 (Gaussian 09W) | Gaussian, Inc. | N/A (software) | Software gebruikt voor DFT-berekeningen (HOMO-LUMO, MESP, globale reactiviteitsdescriptoren); RRID:SCR_014897 |
| GaussView 5 | Gaussian, Inc., Wallingford, CT, USA | N/A (software) | Gebaat voor visualisatie van geoptimaliseerde structuren en orbitale energieën; RRID: N/A |
| Glide (2022-1) | Schrödinger, LLC | N/A (software) | Dockingsoftware gebruikt voor receptorrastergeneratie en extra-precisie (XP) moleculaire docking; RRID:SCR_000187 |
| GraphPad Prism, version 9 | GraphPad Software, Boston, MA, USA | N/A (software) | Gebaat voor IC50 regressieanalyse en statistische evaluatie van enzymremmingsgegevens; RRID:SCR_002798 |
| Hydrazine | Sigma-Aldrich | 225819 | Reagens gebruikt voor omzetting van ester in benzohydrazide |
| L(+)-Glutamine | Sigma-Aldrich | G3126 | Reagens gebruikt in biologische evaluatiestudies |
| LigPrep (2022-1) | Schrödinger, LLC | N/A (software) | Gebaat voor ligandstructuuroptimalisatie en generatie van 3D-conformeren; RRID:SCR_016746 |
| Lithium Hydride | Sigma-Aldrich | 201049 | Katalysator gebruikt voor activering van thiolgroep in substitutiereacties |
| Maestro (v13.2, Schrödinger Release 2022-1) | Schrödinger, LLC | N/A (software) | Molecuulmodelleringssuite gebruikt voor voorbereiding en visualisatie van eiwit/ligandstructuur; RRID:SCR_016748 |
| Methanol | Sigma-Aldrich | 34860 | Oplosmiddel gebruikt in zuiverings- en biologische testvoorbereidingen |
| n-Hexane | Merck | 104391 | Non-polaire mobiele fasecomponent in TLC-analyse |
| OPLS-2005 / OPLS-AA | Schrödinger, LLC | N/A (krachtveld) | Krachtveld gebruikt voor energieminimalisatie van eiwit- en ligandstructuren; RRID: N/A |
| Phenyl Isothiocyanate | Merck | 807028 | Reagens gebruikt bij de synthese van triazoolderivaten |
| Protein Preparation Wizard (2022-1) | Schrödinger, LLC | N/A (software) | Gebaat voor receptorstructuurverfijning vóór docking; RRID:SCR_016749 |
| Sodium Hydroxide | Sigma-Aldrich | 221465 | Base gebruikt voor pH-aanpassing en reactieneutralisatie |
| Sulfuric Acid | BDH | 10276 | Zure katalysator gebruikt in veresteringsstap onder refluxomstandigheden |
| Trimethylamine | Riedel-de Haen | 22129 | Organische base gebruikt tijdens synthese van gesubstitueerde derivaten |
| VESTA, version 3.5.8 | Momma & Izumi (ontwikkelaars); vrij verspreid | N/A (software) | Gebaat voor visualisatie van moleculaire elektrostatische potentiaal (MESP) en HOMO-LUMO oppervlaktekaarten; RRID: N/A |
Referenties
- Siddiqui SZ, et al. BSA binding, molecular docking, and in vitro biological screening of new 1,2,4-triazole heterocycles bearing an azinane nucleus. Pak J Pharm Sci. 2020;33(1):149-160.
- Khalilullah H, Ahsan MJ, Hedaitullah M, Khan S, et al. 1,3,4-Oxadiazole: A biologically active scaffold. Mini Rev Med Chem. 2012;12(8):789-801.
- Wang JJ, Sun W, Jia WD, Bian M, et al. Research progress on the synthesis and pharmacology of 1,3,4-oxadiazole and 1,2,4-oxadiazole derivatives: A mini review. J Enzyme Inhib Med Chem. 2022;37(1):2304-2319.
- Glomb T, Świątek P. Antimicrobial activity of 1,3,4-oxadiazole derivatives. Int J Mol Sci. 2021;22(13):6979.
- Glomb T, Szymankiewicz K, Świątek P. Anti-cancer activity of derivatives of 1,3,4-oxadiazole. Molecules. 2018;23(12):3361.
- Aggarwal R, Sumran G. An insight into the medicinal attributes of 1,2,4-triazoles. Eur J Med Chem. 2020;205:112652.
- Strzelecka M, Świątek P. 1,2,4-Triazoles as important antibacterial agents. Pharmaceuticals (Basel). 2021;14(3):224.
- Kumar S, Khokra SL, Yadav A. Triazole analogues as potential pharmacological agents: A brief review. Future J Pharm Sci. 2021;7(1):106.
- Raza A, et al. Deep learning in drug discovery: A futuristic modality to materialize large datasets for cheminformatics. J Biomol Struct Dyn. 2023;41(18):9177-9192.
- Liu SK, et al. Discovery of new α-glucosidase inhibitors: Structure-based virtual screening and biological evaluation. Front Chem. 2021;9:639279.
- Lebovitz HE. Alpha-glucosidase inhibitors. Endocrinol Metab Clin North Am. 1997;26(3):539-551.
- Rego YF, et al. A review on the development of urease inhibitors as antimicrobial agents against pathogenic bacteria. J Adv Res. 2018;13:69-100.
- Daud S, et al. Design, synthesis, in vitro evaluation, and docking studies of ibuprofen-derived 1,3,4-oxadiazole derivatives as dual α-glucosidase and urease inhibitors. Med Chem Res. 2022;31(2):316-336.
- Chapdelaine P, Tremblay RR, Dubé JY. p-Nitrophenyl-α-D-glucopyranoside as a substrate for measurement of maltase activity in human semen. Clin Chem. 1978;24(2):208-211.
- Manoharan A, et al. N-Acetylcysteine prevents catheter occlusion and inflammation in catheter-associated urinary tract infections by suppressing urease activity. Front Cell Infect Microbiol. 2023;13:1216798.
- Lakowicz JR. Principles of Fluorescence Spectroscopy. 3rd ed. Springer; New York, NY; 2006.
- Atkins P, de Paula J, Keeler J. Atkins' Physical Chemistry. 11th ed. Oxford University Press; Oxford, UK; 2018.
- DeLano WL. PyMOL: An open-source molecular graphics tool. CCP4 Newsl Protein Crystallogr. 2002;40:82-92.
- Discovery Studio Visualizer, Version 2.0. Accelrys Software Inc.; San Diego, CA; 2005.
- Tirado-Rives J, Jorgensen WL. Performance of B3LYP density functional methods for a large set of organic molecules. J Chem Theory Comput. 2008;4(2):297-306.
- Takano Y, Houk KN. Benchmarking the conductor-like polarizable continuum model (CPCM) for aqueous solvation free energies of neutral and ionic organic molecules. J Chem Theory Comput. 2005;1(1):70-77.
- Parr RG, Szentpály LV, Liu S. Electrophilicity index. J Am Chem Soc. 1999;121(9):1922-1924.
- Daina A, Michielin O, Zoete V. SwissADME: A free web tool to evaluate pharmacokinetics, drug-likeness, and medicinal chemistry friendliness of small molecules. Sci Rep. 2017;7(1):42717.
- Wang YN, et al. Synthesis and biological evaluation of triazolones/oxadiazolones as novel urease inhibitors. Bioorg Med Chem. 2024;102:117656.
- Mehdi K, et al. Molecular docking and in vitro studies of synthesized oxadiazole derivatives as urease inhibitors. J Math Fundam Sci. 2025;57(1):1-23.
- Aziz M, et al. Phytochemical, pharmacological, and in silico molecular docking studies of Strobilanthes glutinosus Nees: An unexplored source of bioactive compounds. S Afr J Bot. 2022;147:618-627.
- Khan KM, et al. Biochemical, toxicological, and in silico aspects of Trillium govanianum Wall. ex D. Don (Trilliaceae): A rich source of natural bioactive compounds. Chem Biodivers. 2024;21(1):e202301375.
- Bibi H, et al. Isolation and characterization of bioactive constituents from Withania coagulans Dunal with antioxidant and multifunctional enzyme inhibition potential, supported by docking, molecular dynamics, and DFT studies. RSC Adv. 2025;15(56):48566-48584.
- Khurm M, Guo Y, Wu Q, Zhang X, et al. Conocarpus lancifolius (Combretaceae): Pharmacological effects, LC-ESI-MS/MS profiling and in silico. attributes. Metabolites. 2023;13(7):794.
- Abdo MA, Badawy SA, Fadda AA, Elmorsy MR. Design, synthesis, structural characterization, and antioxidant potential of novel triazole- and oxadiazole-based hydrazide-hydrazone derivatives: spectroscopic, DFT, and molecular docking studies. BMC Chem. 2025;19:192.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.