Computer simulation of the processes of complexation between new derivatives of quinazoline-4(3H)-one, quinazoline-2,4(1H,3H)-dione and cytochrome P-450 sterol-7Α-hydroxylase (CYP27A1) when studying their antimicrobial effects against Klebsiella pneumoniae

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Introduction. Multi-resistance of Klebsiella pneumoniae to known antimicrobial agents determines the need for urgent development of new drugs exhibiting an antibacterial effect. Compounds used in the treatment of non-infectious pathologies, affecting various protein targets and realizing the "antimicrobial potential", seem promising in the search for new derivatives. Of particular interest is the predicted high probability of inhibition of sterol-27-hydroxylase cytochrome P-450 (CYP27A1) by new derivatives of quinazoline-4(3H)-one and quinazoline-2,4(1H,3H)-dione with the possibility of preventing the processes of conversion of cholesterol, as the main component of macrophage lipid rafts on which pathogen adhesion occurs. Activation of phagocytosis, as well as disruption of the formation of the polysaccharide capsule of K. pneumoniae, is considered one of the probable mechanisms of the antibacterial effect of the studied substances.

The aim determination of reactivity parameters and potential pharmacological activity of quinazolin-4(3H)-one and quinazolin-2,4(1H,3H)-dione derivatives; prediction of the mechanism of antimicrobial action of new quinazolinones against K. pneumoniae based on the formation of a complex with CYP27A1.

Material and methods. The probability of CYP27A1 inhibition by new quinazolinone derivatives was predicted using the PASS program. Quantum chemical parameters were calculated using the parameterized PM7 method in the MOPAC 2016 program. The structural characteristics of the studied substances were determined using ProTox 3.0. Some pharmacokinetic parameters were assessed using the admetSAR software tool. A three-dimensional model of the protein structure of CYP27A1 was generated on the AlphaFold platform; optimal conformation and further clustering of protein sequences using the MMseqs2 and Foldseek algorithms. The determination of the energy parameters of the intermolecular complexes “quinazolinone CYP27A1”, as well as the identification of the amino acid sites to which the quinzolinone derivative binds, was carried out using the Swiss Dock system.

Results. Quantum-chemical and structural parameters of quinazoline-4(3H)-one and quinazoline-2,4(1H,3H)-dione derivatives, as well as their intermolecular complexes with CYP27A1, were established, and some pharmacokinetic parameters of the studied substances were predicted.

Conclusions. Control of the interaction of the compound with the lipid raft of the macrophage and an increase in the degree of penetration of the pathogen into its cell can be considered as a probable mechanism of the antibacterial action of quinazoline-4(3H)-one and quinazoline-2,4(1H,3H)-dione derivatives against Klebsiella pneumoniae. An increase in the number of naphthyl radicals in their molecule leads to a decrease in reactivity. Naphthyl radicals do not act as a pharmacophore of antimicrobial action against K. pneumoniae.

Толық мәтін

##article.viewOnOriginalSite##

Авторлар туралы

M. Samotrueva

Astrakhan State Medical University of Minzdrav of Russia

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: ms1506@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5336-4455
SPIN-код: 5918-1341

Dr.Sc. (Med.), Professor, Head of the Pharmacognosy, Pharmaceutical Technology and Biotechnology Chair

Ресей, Bakinskaya st., 121, Astrakhan, 414000

A. Starikova

Astrakhan State Medical University of Minzdrav of Russia

Email: alhimik.83@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5210-5248
SPIN-код: 3600-5690

Senior Lecturer of the Department Fundamental Chemistry, Research Assistant of the Research Center

Ресей, Bakinskaya st., 121, Astrakhan, 414000

N. Zolotareva

Astrakhan State Medical University of Minzdrav of Russia; Tatishchev Astrakhan State University

Email: zoloto.chem@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8788-1511
SPIN-код: 7443-5472

Ph.D. (Tech.), Associate Professor, Associate Professor of the Department Fundamental and Applied Chemistry

Ресей, Bakinskaya st., 121, Astrakhan, 414000; Tatishcheva st., 20a, Astrakhan, 414056

A. Tsibizova

Astrakhan State Medical University of Minzdrav of Russia

Email: sasha3633@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9994-4751
SPIN-код: 2206-3898

Ph.D. (Pharm.), Associate Professor, Head of the Research Center, Associate Professor of the Pharmacognosy, Pharmaceutical Technology and Biotechnology Chair

Ресей, Bakinskaya st., 121, Astrakhan, 414000

A. Yasenyavskaya

Astrakhan State Medical University of Minzdrav of Russia

Email: yasen_9@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2998-2864
SPIN-код: 5809-5856

Ph.D. (Med.), Associate Professor, Head of the Research Center, Associate Professor of the Pharmacognosy, Pharmaceutical Technology and Biotechnology Chair

Ресей, Bakinskaya st., 121, Astrakhan, 414000

I. Temerev

Astrakhan State Medical University of Minzdrav of Russia

Email: igantem@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7582-3453
SPIN-код: 9258-4322

Student

Ресей, Bakinskaya st., 121, Astrakhan, 414000

D. Merezhkina

Volgograd State Medical University of Minzdrav of Russia

Email: merezhkinad@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9848-7149
SPIN-код: 1590-4111

Post-graduate Student

Ресей, Pavshikh Bortsov sq., 1, Volgograd, 400066

A. Borischuk

Volgograd State Medical University of Minzdrav of Russia

Email: alena.pluzh15@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-4633-598X
SPIN-код: 1519-2505

Applicant of the Department of the Pharmaceutical and Toxicological Chemistry Chair

Ресей, Pavshikh Bortsov sq., 1, Volgograd, 400066

A. Ozerov

Volgograd State Medical University of Minzdrav of Russia

Email: prof_ozerov@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0002-4721-0959
SPIN-код: 3289-3813

Dr.Sc. (Chem.), Professor, Head of the Pharmaceutical and Toxicological Chemistry Chair

Ресей, Pavshikh Bortsov sq., 1, Volgograd, 400066

Әдебиет тізімі

  1. Harrower J., McNaughtan M., Hunteret C. et al. Chemical fate and partitioning behavior of antibiotics in the aquatic environment – a review. Environmental toxicology and chemistry. 2021; 40(12): 3275–3298. doi: 10.1002/etc.5191.
  2. Xie M., Gao M., Yun Y. et al. Antibacterial nanomaterials: mechanisms, impacts on antimicrobial resistance and design principles. Angewandte Chemie International Edition. 2023; 62(17): e202217345. doi: 10.1002/anie.202217345.
  3. WHO bacterial priority pathogens list, 2024: Bacterial pathogens of public health importance to guide research, development and strategies to prevent and control antimicrobial resistance. URL: https://www.who.int/publications/i/item/9789240093461. (Дата обращения: 7.07.2024).
  4. Barbarossa A., Rosato A., Corbo F. et al. Non-antibiotic drug repositioning as an alternative antimicrobial approach. Antibiotics. 2022; 11(6): 816. doi: 10.3390/antibiotics11060816.
  5. Martins M., Dastidar S., Fanning S. et al. Potential role of non-antibiotics (helper compounds) in the treatment of multidrug-resistant Gram-negative infections: mechanisms for their direct and indirect activities. International journal of antimicrobial agents. 2008; 31(3): 198–208. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2007.10.025.
  6. Quinn C., Jessup W., Wong J. et al. Expression and regulation of sterol 27-hydroxylase (CYP27A1) in human macrophages: a role for RXR and PPARγ ligands. Biochemical Journal. 2005; 385(3): 823–830. doi: 10.1042/BJ20041776.
  7. Chatterjee R., Chowdhury A., Mukherjee D. et al. Lipid larceny: channelizing host lipids for establishing successful pathogenesis by bacteria. Virulence. 2021; 12(1): 195–216. doi: 10.1080/21505594.2020.1869441.
  8. Vieira F., Correa G., Einicker‐Lamas M. et al. Host‐cell lipid rafts: a safe door for micro‐organisms? Biology of the Cell. 2010; 102(7): 391– 407. doi: 10.1042/BC20090138.
  9. Picking W.L., Picking W.D. The many faces of IpaB. Frontiers in cellular and infection microbiology. 2016; 6: 12. doi: 10.3389/fcimb.2016.00012.
  10. Ares M., Sansabas A., Rodríguez-Valverde D. et al. The interaction of Klebsiella pneumoniae with lipid rafts-associated cholesterol increases macrophage-mediated phagocytosis due to down regulation of the capsule polysaccharide. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2019; 9: 255. doi: 10.3389/fcimb.2019.00255.
  11. Самотруева М.А., Озеров А.А., Старикова А.А. и др. Изучение антимикробной активности новых хиназолин-4(3Н)-онов по отношению к Staphylococcus aureus и Streptococcus pneumonia. Фармация и фармакология. 2021; 9(4): 318–329. [Samotrueva M.A., Ozerov A.A., Starikova A.A. i dr. To study the antimicrobial activity of new quinazoline-4(3H)-ones in relation to Staphylococcus aureus and Streptococcus pneumonia. Farmatsiya i farmakologiya. 2021; 9(4): 318–329. (In Russ.)]. doi: 10.19163/2307-9266-2021-9-4-318-329.
  12. Старикова А.А., Габитова Н.М., Цибизова А.А. и др. Изучение антимикробной активности новых производ-ных хиназолин-4(3Н)-она по отношению к Escherichia coli и Klebsiella pnevmoniae. Астраханский медицинский журнал. 2022; 17(1): 60–71. [Starikova A.A., Gabitova N.M., Tsibizova A.A. i dr. Detection of antimicrobial activity of new quinazoline-4(3H)-oh derivatives in relation to Escherichia coli and Klebsiella pnevmoniae. Astrakhanskii meditsinskii zhurnal. 2022; 17(1): 60–71. (In Russ.)]. doi: 10.48612/agmu/2022.17.1.60.71.
  13. Breijyeh Z., Karaman R. Design and synthesis of novel antimicrobial agents. Antibiotics. 2023; 12(3): 628. doi: 10.3390/antibiotics12030628.
  14. Jumper J., Evans R., Pritzel A. et al. Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold. Nature. 2021; 596(7873): 583–589. doi: 10.1038/s41586-021-03819-2.
  15. Mirdita M, Steinegger M., Soeding J. MMseqs2 desktop and local web server app for fast, interactive sequence searches. Bioinformatics. 2019; 35(16): 2856-2858. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty1057.
  16. Barrio-Hernandez I., Yeo, J. et al. Clustering predicted structures at the scale of the known protein universe. Nature. 2023; 622(7983): 637–645. doi: 10.1038/s41586-023-06510-w.
  17. Grosdidier A., Zoete V., Michielin O. SwissDock, a protein-small molecule docking web service based on EADock DSS. Nucleic Acids Res. 2011; 39(suppl_2): W270-W277.doi: 10.1093/nar/gkr366.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2. Table 1

Жүктеу (1KB)
3. Table 2

Жүктеу (2KB)
4. Table 3

Жүктеу (2KB)
5. Table 4

Жүктеу (2KB)
6. Table 5

Жүктеу (3KB)
7. Table 6

Жүктеу (3KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».