Potentnost bisresorcinola iz Heliciopsis Terminalis na starenje kože: in vitro bioaktivnosti i molekularne interakcije 2. dio

Analiza molekularne interakcije

Molekularno spajanje je primijenjeno za predviđanje mjesta vezivanja testnih jedinjenja za proteinske receptore, kao što su kolagenaza, elastaza i tirozinaza, u poređenju sa poznatim inhibitorima odgovarajućeg enzima (Dodatne informacije). U skladu s prethodnim publikacijama, procijenjen je relativni afinitet vezivanja, dok su interakcije vezivanja ilustrovane kroz najbolje predviđenu konformaciju (Teajaroen et al., 2020.; Jewboonchu et al., 2020.; Tanawattanasuntorn et al., 2020. Sat., 2020.; ).

Prema relevantnim studijama, cistanche je uobičajena biljka koja je poznata kao "čudotvorna biljka koja produžava život". Njegova glavna komponenta je cistanozid, koji ima različite učinke kao što su antioksidans, protuupalni i promocija imunološke funkcije. Mehanizam između cistanche i izbjeljivanja kože leži u antioksidativnom dejstvu cistanche glikozida. Melanin u ljudskoj koži nastaje oksidacijom tirozina koju katalizira tirozinaza, a reakcija oksidacije zahtijeva sudjelovanje kisika, pa radikali bez kisika u tijelu postaju važan faktor koji utječe na proizvodnju melanina. Cistanche sadrži cistanozid, koji je antioksidans i može smanjiti stvaranje slobodnih radikala u tijelu, čime inhibira proizvodnju melanina.

Kliknite na Cistanches Herba za izbjeljivanje

Za više informacija:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

Za enzim kolagenazu, rezultati interakcije ligand-protein prikazani su na slici 3 i tabeli S1. Energija vezivanja od -5,89 kcal mol-1 za klostridijalnu kolagenazu (PDB ID 2Y6I) predstavljena je bisresorcinolom. Opseg energije vezivanja između -3,68 i -7,90 kcal mol-1 određen je za druge poznate inhibitore kolagenaze, uključujući kafeinsku kiselinu.

I bisresorcinol i kafeinska kiselina dijele mjesta vezivanja kolagenaze (slika 3A). Četiri aminokiseline odgovorne za vezivanje kafeinske kiseline uključuju His524, Trp496, His527 i Trp539 (slika 3B). His524 i Trp496 su stupili u interakciju s kofeinskom kiselinom putem vodoničnih veza preko karboksilnih i fenolnih hidroksilnih grupa. His527 i Trp539 su vezani za fenolni prsten π-π slaganjem. Druge aminokiseline unutar enzimskog džepa doprinijele su njihovom vezivanju putem Van der Waalsove sile (slika 3C). Interakcije između kolagenaze i bisresorcinola prikazane su na Sl. 3D i 3E, koji uključuju Trp496 i Trp539 aminokiseline koje su donirale π-elektrone da se vežu za fenolni prsten bisresorcinola. Uočeno je prisustvo vodoničnih veza između hidroksilnih grupa bisrezorcinola i aminokiselina Asp601 i Ser602. Štaviše, atom Zn u aktivnom mjestu enzima može biti koordiniran i sa bisresorcinolom i sa kafeinskom kiselinom.

Postojala je sličnost u vezivanju za elastazu bisresorcinola i ursolne kiseline (slika 4A). Što se tiče ursolne kiseline, vodonična veza je predložena za cikličku alifatsku hidroksilnu grupu i Ser96, kao i za karboksilnu grupu i Asn192 (slike 4B i 4C). Zanimljivo je da je pretpostavljeno strukturno savijanje bisrezorcinola. Ovo bi moglo olakšati interakcije između fenolnih hidroksilnih grupa jedinjenja i aminokiselina kao što su Asn147, Ser190, Phe215 i Ser217 putem vodonične veze (slike 4D i 4E).

Za ispitivanje afiniteta vezivanja spojeva za tirozinazu primijenjena je kristalna struktura tirozinaze pečurke (PDB ID 2Y9X). Rezultati su prikazani na Slici 5 i Tabeli S3, pokazujući da je energija vezivanja bisresorcinola -6,57 kcal mol-1, u rasponu od -4,63 do -8,12 kcal mol-1 za druge poznate inhibitore. Nasuprot tome, svi poznati supstrati bili su čvrsto vezani za tirozinazu prema enormnom smanjenju energije vezivanja u rasponu od -15,46 i -23,94 kcal mol-1.

Vjerovatno su se javile koordinatne kovalentne veze između metalnih jona i -arbutina ili bisresorcinola na aktivnom mjestu tirozinaze. Međutim, ioni bakra (Cu2 plus ) su zamijenjeni ionima cinka (Zn2 plus ) u AutodockTool-u, jer je polje sile za Cu2 plus nedostupno, a Cu2 plus i Zn2 plus ioni su prilično identični po nabojima i veličinama (Santos-Martins et al. ., 2014). Za -arbutin, jedan jon cinka bi se mogao kovalentno vezati za fenolnu hidroksilnu grupu, a drugi ion cinka je interagovao sa fenolnim prstenom preko π-katjonske veze sa His259 i His263 ostacima (slike 5B i 5C). Pored toga, aminokiseline, kao što su Asn260, Ser282 i Val283, su povezane sa svojim hidroksilnim grupama vodoničnim vezom. S obzirom na bisresorcinol, fenolna hidroksilna grupa formirala je vodikove veze sa Met280, Ala 246 i Glu239. π-π naslagana interakcija između fenolnog prstena i His263, i privlačenje π-katjona između drugog fenolnog prstena i Arg321 su jasno uočeni.

Ukratko, molekularne interakcije i afinitet vezivanja između bisresorcinola i kolagenaze, elastaze ili tirozinaze prikazani su u tabeli 2.

DISKUSIJA

Kurkuminoid, fenolno jedinjenje iz Curcuma longa L., uključeno je u različite kozmetičke proizvode kao antioksidans za svojstva protiv starenja (Gopinath & Karthikeyan, 2018). Budući da su postojale fenolne hidroksi determinante, očekivalo se da će bisresorcinol iz stabla H. terminala imati anti-aging aktivnost (slika 1). U nedavnim in vitro inhibitornim testovima, otkriveno je da bisresorcinol dominantno inhibira aktivnosti elastaze i tirozinaze, a ne kolagenaze (slika 2). Shodno tome, izvedeni su eksperimenti in silico dockinga kako bi se utvrdio afinitet vezivanja bisresorcinola relevantnog za ove enzime starenja. Pretpostavlja se da su interakcije u vezi s π-elektronima i vodoničnim vezama ključne determinante za njegovo vezivanje. Štaviše, hidrofobne interakcije koje su se javile između fenolnih hidroksilnih grupa i aminokiselinskih ostataka na/u blizini aktivnih mesta enzima mogu doprineti gubitku funkcija enzima, što se sastoji u prethodnoj literaturi (Medvidović-Kosanović et al., 2010; Pientaweeratch, Panapisal & Tansirikongkol, 2016.). Ovdje su karakteristike vezivanja bisresorcinola za svaki enzim jasno objašnjene na osnovu strukturnog poređenja koje odgovara specifičnom inhibitoru. Dokumentovana je inhibicija klostridijalne kolagenaze kafeinskom kiselinom, EGCG, kvercetinom i katehinom (Szewczyk et al., 2020; Pluemsamran, Onkoksoong & Panich, 2012; Hong et al., 2014). Slično drugim poznatim inhibitorima, sugerirano je da hidroksi fenolne grupe bisresorcinola stupaju u interakciju s ključnim amino kiselinama mjesta vezivanja kolagenaze putem π-π interakcije i vodonične veze. Zanimljivo je da se duga fleksibilna struktura bisresorcinola može saviti ili izdužiti. Dakle, kada se produži, nevezani fenolni prsten na drugoj strani mogao bi se vezati za aminokiselinske ostatke na aktivnom mjestu, što rezultira povećanom snagom vezivanja. Na taj način je predložen inhibitorni potencijal bisresorcinola na aktivnost kolagenaze (slika 6).

U skladu s prethodnom studijom (Huang et al., 2013), vezivanje za enzim elastaze i bisresorcinola i poznatih inhibitora, kao što su procijanidin, kvercetin i ursolna kiselina, bilo je identično, uključujući formiranje vodonične veze. Štaviše, spekulisalo se da interakcije između bisresorcinola i aminokiselina, osim enzimskog džepa, posreduju u nesavijenom fenolnom prstenu supstance (slika 7).

S obzirom na aktivnost inhibicije tirozinaze, očigledno je da se inhibitori poput kojične kiseline, rutina i L-mimozina kompetitivno vezuju za enzim tirozinaze sa L-tirozinom, što dovodi do inhibicije sinteze melanina (Channar et al., 2018; Nguyen & Tawata, 2015 Si et al., 2012.). Na slici 8, sugerisane su π-π interakcije između bilo kojeg ispitivanog jedinjenja i histidinskih ostataka aktivnog mesta bakra tirozinaze. U skladu sa prethodnim istraživanjima, ovo je posebno dalo objašnjenje za druge antagonističke efekte na aktivnost tirozinaze takvih jedinjenja (Lai et al., 2017). Fenolni skelet u strukturama je uključen u dizajniranje derivata indanona (Jung et al., 2019) i tiazolil resorcinola (Mann et al., 2018), podržavajući mogućnost korištenja bisresorcinola kao antagonista enzima tirozinaze.

ZAKLJUČAK

Bisresorcinol može poslužiti kao kompetitivni inhibitor za kolagenazu, elastazu i tirozinazu sa uporedivim načinima vezivanja u poređenju sa poznatim inhibitorima. Međutim, duga i fleksibilna struktura bisresorcinola bila je zanimljiva po tome što bi mogle biti očigledne dodatne interakcije prema nevezanom fenolnom prstenu sa susjednim amino kiselinama enzima. Ovo otkriće je prvi put objavljeno i moglo bi dati ideju za razvoj novih kozmetičkih proizvoda koji sadrže bisresorcinol za djelovanje protiv starenja i izbjeljivanja. Ipak, bilo je dalje potrebe da se ispita njegova moć in vivo i kroz klinička ispitivanja.

ZAHVALNICA

Autori se iskreno zahvaljuju drugim pružaocima istraživačkih ustanova, kao što je Graduate School na Univerzitetu Prince of Songkla; Centar za izvrsnost sistema isporuke lijekova, Fakultet farmaceutskih nauka, Univerzitet Prince of Songkla; Fakultet za biomedicinske i zdravstvene nauke (farmaceutske nauke), Univerzitet Hirošima, Hirošima, Japan; i Odsjek za biomedicinske nauke i biomedicinsko inženjerstvo, Medicinski fakultet Univerziteta Prince of Songkla, Tajland.

Finansiranje

Ovaj istraživački projekat je finansijski podržao The Royal Golden Jubilee Ph.D. Program (Ph.D./0151/2556), Tajlandski istraživački fond (TRF), Tajland, i Nacionalni istraživački savjet Tajlanda (NRCT). Finanseri nisu imali nikakvu ulogu u dizajnu studije, prikupljanju podataka i analizi, odluci o objavljivanju ili pripremi rukopisa.

Grant Disclosures

Autori su objavili sljedeće informacije o grantu: Kraljevski zlatni jubilej: Ph.D./0151/2556. Tajlandski istraživački fond (TRF). Tajland i Nacionalni istraživački savjet Tajlanda (NRCT).

Konkurentni interesi

Autori izjavljuju da nemaju suprotstavljene interese.

Prilozi autora

·Charinrat Saechan je osmislio i dizajnirao eksperimente, izveo eksperimente, analizirao podatke, pripremio slike i/ili tabele, autor ili pregledao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

·Uyen Hoang Nguyen je izvršio eksperimente, analizirao podatke, pripremio slike i/ili tabele i odobrio konačni nacrt.

· Zhichao Wang je izveo eksperimente, analizirao podatke, pripremio slike i/ili tabele i odobrio konačni nacrt.

· Sachiko Sugimoto je osmislio i dizajnirao eksperimente, autor ili recenzirao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

·Yoshi Yamano je osmislio i dizajnirao eksperimente, autor ili recenzirao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

·Katsuyoshi Matsunami je osmislio i dizajnirao eksperimente, autor ili recenzirao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

·Hideaki Otsuka je izveo eksperimente, autor ili recenzirao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

· Giang Minh Phan je izveo eksperimente, autor ili recenzirao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

·Viet Hung Pham je izveo eksperimente, autor ili recenzirao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

·Varomyalin Tipmanee je osmislio i dizajnirao eksperimente, izveo eksperimente, analizirao podatke, pripremio slike i/ili tabele, autor ili pregledao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

·Jasadee Kaewsrichan je osmislila i dizajnirala eksperimente, analizirala podatke, pripremila slike i/ili tabele, napisala ili pregledala nacrte rada i odobrila konačni nacrt.

Dostupnost podataka

Dostavljene su sljedeće informacije o dostupnosti podataka:

Sirovi podaci za IC50 vrijednosti bisrezorcinalnih i pozitivnih standarda za enzimske inhibitorne testove u vezi s kolagenazom, elastazom i tirozinazom dostupni su u Dodatnim datotekama.

Dodatne informacije

Dodatne informacije za ovaj članak možete pronaći na internetu.

REFERENCE

1. Abhijit S, Manjushree D. 2010. Anti-hijaluronidaza, anti-elastazna aktivnost Garcinia indica. Međunarodni časopis za botaniku 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. Sinteza aril pirazola putem Suzuki reakcije kuplovanja, in vitro test inhibicije enzima tirozinaze gljiva i komparativna analiza silikona sa kojikularnom molekulom kiselina. Bioorganska hemija 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. Novi citotoksični derivati ​​bis 5-alkilresorcinola iz listova Oncostemon bojerianum iz prašume Madagaskara. Journal of Natural Products 65(11):1627–1632 DOI 10.1021/np0201568.

5.Dobos G, Lichterfeld A, Blume-Peytavi U, Kottner J. 2015. Evaluacija starenja kože: sistematski pregled kliničkih skala. British Journal of Dermatology 172(5):1249–1261 DOI 10.1111/bjd.13509.

6. Evropska komisija, Naučni odbor za sigurnost potrošača. 2010. Mišljenje o resorcinolu, SCCS/1270/09.

7. Giang PM, Nga NT, Van Trung B, Anh DH, Viet PH. 2019. Procjena antioksidativnog, hepatoprotektivnog i antiinflamatornog djelovanja bisresorcinola izolovanog iz debla terminala Heliciopsis. Pharmaceutical Chemistry Journal 53(7):628–634 DOI 10.1007/s11094-019-02051-7.

8. Gopinath H, Karthikeyan K. 2018. Kurkuma: začin, kozmetika i lijek. Indijski časopis za dermatologiju, venerologiju i leprologiju 84(1):16 DOI 10.4103/idol.IJDVL_1143_16.

9.Hong YH, Jung EY, Noh DO, Suh HJ. 2014. Fiziološki efekti formulacije koja sadrži ekstrakt zelenog čaja pretvorenog u tanazu na njegu kože: fizička stabilnost, aktivnosti kolagenaze, elastaze i tirozinaze. Istraživanje integrativne medicine 3(1):25–33 DOI 10.1016/j.imr.2013.12.003.

10. Huang Y, Chen L, Feng L, Guo F, Li Y. 2013. Karakterizacija ukupnih fenolnih sastojaka iz stabljike Spatholobus suberect korištenjem LC-DAD-MSn i njihov inhibitorni učinak na aktivnost humane neutrofilne elastaze. Molecules 18(7):7549–7556 DOI 10.3390/molecules18077549.

11. Humphrey W, Dalke A, Schulten K. 1996. VMD–vizualna molekularna dinamika. 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. Atomistički uvid i modelirano objašnjenje konesina prema efluksnoj pumpi Pseudomonas aeruginosa. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics 8(4):1–10

13.Jiratchayamaethasakul C, Ding Y, Hwang O, Im ST, Jang Y, Myung SW, Lee JM, Kim HS, Ko SC, Lee SH. 2020. I. vitro skrining inhibitornih i antioksidativnih aktivnosti elastaze, kolagenaze, hijaluronidaze i tirozinaze 22 ekstrakta halofitnih biljaka za nove kozmeceutike. Ribarstvo i vodene nauke 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 i in silico uvid u inhibitore tirozinaze sa derivatima (E)-benziliden-1-indanona. 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. Struktura proteina 1 vezanog za humanu tirozinazu otkriva binuklearno aktivno mjesto cinka važno za melanogenezu. Angewandte Chemie International Edition 56(33):9812–9815 DOI 10.1002/anie.201704616.

16.Mann T, Scherner C, Röhm KH, Kolbe L. 2018. Odnosi strukture i aktivnosti tiazolil rezorcinola, potentnih i selektivnih inhibitora humane tirozinaze. International Journal of Molecular Sciences 19(3):690 DOI 10.3390/ijms19030690.

17.Medvidović-Kosanović M, Šeruga M, Jakobek L, Novak I. 2010. Elektrohemijska i antioksidativna svojstva (plus )-katehina, kvercetina i rutina. Croatica Chemica Acta 83(2):197–207.

18. Nguyen BCQ, Tawata S. 2015. Enantiomeri mimozinskog dipeptida: poboljšani inhibitori melanogeneze i ciklooksigenaze. Molecules 20(8):14334–14347 DOI 10.3390/molecules200814334.

19.Pientaweeratch S, Panapisal V, Tansirikongkol A. 2016. Aktivnosti antioksidansa, antikolagenaze i antielastaze Phyllanthus emblica, Manilkara zapota i silimarina: in vitro komparativna studija za primjenu protiv starenja. Pharmaceutical Biology 54(9):1865–1872

20.Pluemsamran T, Onkoksoong T, Panich U. 2012. Kafeinska kiselina i ferulična kiselina inhibiraju UVA-indukovanu matričnu metaloproteinazu-1 kroz regulaciju antioksidativnog odbrambenog sistema u keratinocitnim HaCaT ćelijama. Fotohemija i fotobiologija 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. Efekti rodomirtona na gram-pozitivne bakterijske tubulinske homologe FtsZ. PeerJ 5(9):e2962 DOI 10.7717/peerj.2962.

22.Santos-Martins D, Forli S, Ramos MJ, Olson AJ. 2014. AutoDock4Zn: poboljšano AutoDock polje sile za spajanje malih molekula na metaloproteine ​​cinka. 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. Kompleksi jona flavonoida i metala: nova klasa terapijskih sredstava. Pregledi medicinskih istraživanja 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. Cirkadijalni ritmovi u koži i drugim elastičnim tkivima. Matrična biologija 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. Integrirana studija inhibicije tirozinaze rutinom: napredak korištenjem računarske simulacije. 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. Fenolni sastav i svojstva u vezi s kožom ekstrakta nadzemnih dijelova različitih sorti Hemerocallis. Antioksidansi 9(8):690 DOI 10.3390/antiox9080690.

27. Tanawattanasuntorn T, Thongpanchang T, Rungrotmongkol T, Hanpaibool C, Graidist P, Tipmanee V. 2020. (−)-Kusunokinin kao potencijalni inhibitor aldoze reduktaze: ekvivalentnost uočena simulacijom AKR1B1 dinamike. 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. Uloga novopronađenog pomoćnog mjesta u fosfolipazi A1 iz tajlandske tigrove ose (Vespa afiniteti) u njenom silikonskom poboljšanju: modeliranje i uvid u molekularnu dinamiku. Toksini 12(8):510 DOI 10.3390/toxins12080510.

29. Thring TS, Hili P, Naughton DP. 2009. Antikolagenazno, antielastazno i ​​antioksidativno djelovanje ekstrakata iz 21 biljke. BMC komplementarna i alternativna medicina 9(1):1–11 DOI 10.1186/1472-6882-9-27.

30. Widyowati R, Sugimoto S, Yamano Y, Sukardiman, Otsuka H, ​​Matsunami K. 2016. Novi izolinariini C, D i E, flflavonoidni glikozidi iz Linaria japonica. Chemical and Pharmaceutical Bulletin 64(5):517–521 DOI 10.1248/CPB.c16-00073.

Za više informacija: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501