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

Analiza molekularnih interakcija

Molekularno spajanje primijenjeno je za predviđanje mjesta vezivanja ispitivanih spojeva na proteinske receptore, kao što su kolagenaza, elastaza i tirozinaza, u usporedbi s poznatim inhibitorima odgovarajućeg enzima (Dodatne informacije). U skladu s prethodnim publikacijama, procijenjen je relativni afinitet vezanja, dok su interakcije vezanja ilustrirane kroz najbolje predviđenu konformaciju (Teajaroen i sur., 2020.; Jewboonchu i sur., 2020.; Tanawattanasuntorn i sur., 2020.; Saeloh i sur., 2017. ).

Prema relevantnim studijama, cistanča je uobičajena biljka koja je poznata kao "čudotvorna biljka koja produžuje život". Njegova glavna komponenta je cistanozid, koji ima različite učinke poput antioksidansa, protuupalnih i poticanja imunoloških funkcija. Mehanizam između cistanche i izbjeljivanja kože leži u antioksidativnom učinku 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 čimbenik 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 For Whitening

Za više informacija:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

Za enzim kolagenazu, rezultati interakcija ligand-protein prikazani su na slici 3 i tablici S1. Energija vezanja od -5,89 kcal mol-1 na klostridijsku kolagenazu (PDB ID 2Y6I) prikazana je bisresorcinolom. Raspon energije vezanja između -3,68 i -7,90 kcal mol-1 određen je za druge poznate inhibitore kolagenaze, uključujući kavenu kiselinu.

I bisresorcinol i kafeinska kiselina dijelili su mjesta vezanja kolagenaze (Slika 3A). Četiri aminokiseline odgovorne za vezanje kafeinske kiseline su His524, Trp496, His527 i Trp539 (Slika 3B). His524 i Trp496 međudjelovali su s kavenom kiselinom pomoću vodikovih veza preko karboksilnih i fenolnih hidroksilnih skupina. His527 i Trp539 vezani su za fenolni prsten π-π slaganjem. Ostale aminokiseline unutar enzimskog džepa pridonijele su njihovom vezanju putem Van der Waalsove sile (Slika 3C). Interakcije između kolagenaze i bisresorcinola prikazane su na sl. 3D i 3E, uključujući Trp496 i Trp539 aminokiseline koje su donirale π-elektrone za vezanje na fenolni prsten bisresorcinola. Uočena je prisutnost vodikovih veza između hidroksilnih skupina bisresorcinola i aminokiselina Asp601 i Ser602. Štoviše, atom Zn u aktivnom mjestu enzima mogao bi biti usklađen i s bisresorcinolom i s kavenom kiselinom.

Postojala je sličnost u vezivanju za elastazu bisresorcinola i ursolne kiseline (slika 4A). Što se tiče ursolne kiseline, predložena je vodikova veza za cikličku alifatsku hidroksilnu skupinu i Ser96, kao i za karboksilnu skupinu i Asn192 (slike 4B i 4C). Zanimljivo, pretpostavljeno je strukturno savijanje bisresorcinola. To bi moglo olakšati interakcije između fenolnih hidroksilnih skupina spoja i aminokiselina kao što su Asn147, Ser190, Phe215 i Ser217 kroz vodikovu vezu (slike 4D i 4E).

Kako bi se istražio afinitet vezanja spojeva na tirozinazu, primijenjena je kristalna struktura tirozinaze gljive (PDB ID 2Y9X). Rezultati su prikazani na slici 5 i tablici S3, pokazujući da je energija vezanja bisresorcinola bila -6,57 kcal mol-1, što je 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 ogromnom smanjenju energije vezanja u rasponu od -15,46 do -23,94 kcal mol-1.

Vjerojatno je došlo do koordiniranih kovalentnih veza između metalnih iona i -arbutina ili bisresorcinola na aktivnom mjestu tirozinaze. Međutim, ioni bakra (Cu2 plus ) zamijenjeni su ionima cinka (Zn2 plus ) u AutodockToolu, jer je polje sile za Cu2 plus nedostupno, a Cu2 plus i Zn2 plus ioni prilično su identični u naboju i veličini (Santos-Martins et al. ., 2014). Za -arbutin, jedan cinkov ion mogao bi se kovalentno vezati za fenolnu hidroksilnu skupinu, a drugi cinkov ion je u interakciji s fenolnim prstenom preko π-kationske veze s His259 i His263 ostacima (slike 5B i 5C). Osim toga, aminokiseline, kao što su Asn260, Ser282 i Val283, povezane su sa svojim hidroksilnim skupinama vodikovim vezama. S obzirom na bisresorcinol, fenolna hidroksilna skupina formirala je vodikove veze s Met280, Ala 246 i Glu239. π-π naslagana interakcija između fenolnog prstena i His263 i privlačnost π-kationa između drugog fenolnog prstena i Arg321 jasno su uočene.

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

RASPRAVA

Kurkuminoid, fenolni spoj iz Curcuma longa L., uključen je u razne kozmetičke proizvode kao antioksidans za svojstva protiv starenja (Gopinath & Karthikeyan, 2018.). Budući da su fenolne hidroksi determinante postojale, očekivalo se da će bisresorcinol iz debla H. terminala u skladu s tim imati aktivnost protiv starenja (slika 1). U nedavnim in vitro testovima inhibicije, utvrđeno je da bisresorcinol dominantno inhibira aktivnosti elastaze i tirozinaze, a ne kolagenaze (slika 2). U skladu s tim, provedeni su pokusi spajanja in silico kako bi se utvrdio afinitet vezanja bisresorcinola relevantnog za ove enzime starenja. Pretpostavlja se da su interakcije u vezi s π-elektronima i vodikovim vezama ključne determinante za njegovo vezanje. Štoviše, hidrofobne interakcije koje su se dogodile između fenolnih hidroksilnih skupina i aminokiselinskih ostataka na/u blizini enzimskih aktivnih mjesta mogle bi pridonijeti gubitku enzimskih funkcija, prema prethodnoj literaturi (Medvidović-Kosanović et al., 2010; Pientaweeratch, Panapisal & Tansirikongkol, 2016). Ovdje su karakteristike vezanja bisresorcinola za svaki enzim jasno objašnjene na temelju strukturne usporedbe koja odgovara specifičnom inhibitoru. Dokumentirana je inhibicija klostridijske kolagenaze kavenom kiselinom, EGCG-om, kvercetinom i katehinom (Szewczyk i sur., 2020.; Pluemsamran, Onkoksoong i Panich, 2012.; Hong i sur., 2014.). Slično drugim poznatim inhibitorima, za hidroksifenolne skupine bisresorcinola sugerirano je da stupaju u interakciju s ključnim aminokiselinama na veznom mjestu kolagenaze putem π-π interakcije i vodikovih veza. Zanimljivo je da se dugačka fleksibilna struktura bisresorcinola može saviti ili izdužiti. Stoga, kada se izduži, nevezani fenolni prsten s druge strane može se vezati za ostatke aminokiselina na aktivnom mjestu, što rezultira povećanom snagom vezanja. Na taj je način predložen inhibicijski potencijal bisresorcinola na aktivnost kolagenaze (slika 6).

U skladu s prethodnom studijom (Huang et al., 2013.), vezanje bisresorcinola i poznatih inhibitora, kao što su procijanidin, kvercetin i ursolna kiselina, na enzim elastazu bilo je identično, uključujući stvaranje vodikove veze. Štoviše, nagađalo se da interakcije između bisresorcinola i aminokiselina, osim enzimskog džepa, posreduju u razmotanom fenolnom prstenu tvari (slika 7).

S obzirom na inhibicijsko djelovanje tirozinaze, pokazalo se da se inhibitori poput kojične kiseline, rutina i L-mimozina kompetitivno vežu za enzim tirozinazu s L-tirozinom, što dovodi do inhibicije sinteze melanina (Channar et al., 2018; Nguyen & Tawata, 2015). ; Si i sur., 2012). Na slici 8 predložene su π-π interakcije između bilo kojeg ispitivanog spoja i histidinskih ostataka bakrenog aktivnog mjesta tirozinaze. U skladu s prethodnim istraživanjima, ovo je posebno dalo objašnjenje za druge antagonističke učinke na aktivnost tirozinaze takvih spojeva (Lai et al., 2017). Fenolni kostur u strukturama bio je uključen u dizajniranje derivata indanona (Jung et al., 2019) i tiazolil resorcinola (Mann et al., 2018), podupirući mogućnost korištenja bisresorcinola kao antagonista enzima tirozinaze.

ZAKLJUČAK

Bisresorcinol može poslužiti kao kompetitivni inhibitor za kolagenazu, elastazu i tirozinazu s usporedivim načinima vezanja u usporedbi s poznatim inhibitorima. Međutim, duga i fleksibilna struktura bisresorcinola bila je zanimljiva po tome što su dodatne interakcije prema nevezanom fenolnom prstenu na susjedne aminokiseline enzima mogle biti očite. Ovo otkriće je prvi put objavljeno i moglo bi dati ideju za razvoj novih kozmetičkih proizvoda koji sadrže bisresorcinol za djelovanje protiv starenja i izbjeljivanje. Unatoč tome, bilo je daljnjih potreba za ispitivanje njegove moći in vivo i kroz klinička ispitivanja.

ZAHVALA

Autori iskreno zahvaljuju drugim pružateljima istraživačkih ustanova, kao što je Graduate School na Sveučilištu Prince of Songkla; Centar izvrsnosti sustava isporuke lijekova, Fakultet farmaceutskih znanosti, Sveučilište Prince of Songkla; diplomski studij biomedicinskih i zdravstvenih znanosti (farmaceutske znanosti), Sveučilište Hirošima, Hirošima, Japan; i Odjel za biomedicinske znanosti i biomedicinsko inženjerstvo, Medicinski fakultet, Sveučilište Prince of Songkla, Tajland.

Financiranje

Ovaj istraživački projekt financijski je podržao The Royal Golden Jubilee Ph.D. Program (Ph.D./0151/2556), Tajlandski istraživački fond (TRF), Tajland i Nacionalno istraživačko vijeće Tajlanda (NRCT). Financijeri nisu imali nikakvu ulogu u dizajnu studije, prikupljanju podataka i analizi, odluci o objavljivanju ili pripremi rukopisa

Otkrivanje potpore

Autori su otkrili sljedeće podatke o potpori: Kraljevski zlatni jubilej: Ph.D./0151/2556. Tajlandski istraživački fond (TRF). Tajland i Nacionalno istraživačko vijeće Tajlanda (NRCT).

Suprotstavljeni interesi

Autori izjavljuju da nemaju suprotstavljenih interesa.

Autorski doprinosi

·Charinrat Saechan je osmislio i dizajnirao pokuse, izveo pokuse, analizirao podatke, pripremio slike i/ili tablice, napisao ili pregledao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

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

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

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

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

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

·Hideaki Otsuka izveo je pokuse, bio je autor ili pregledao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

·Giang Minh Phan izveo je pokuse, napisao ili pregledao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

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

·Varomyalin Tipmanee osmislio je i dizajnirao pokuse, izveo pokuse, analizirao podatke, pripremio slike i/ili tablice, napisao ili pregledao nacrte rada i odobrio konačni nacrt.

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

Dostupnost podataka

Dostavljene su sljedeće informacije o dostupnosti podataka:

Neobrađeni podaci za IC50 vrijednosti bisresorcinalnih i pozitivnih standarda za testove enzimatske inhibicije u vezi s kolagenazom, elastazom i tirozinazom dostupni su u Dodatnim datotekama.

Dodatne informacije

Dodatne informacije za ovaj članak mogu se pronaći na internetu.

REFERENCE

1. Abhijit S, Manjushree D. 2010. Anti-hijaluronidaza, anti-elastazna aktivnost Garcinie indice. International Journal of Botany 6(3):299–303 DOI 10.3923/ijb.2010.299.303.

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

3. Channar PA, Saeed A, Larik FA, Batool B, Kalsoom S, Hasan MM, Ashraf Z. 2018. Sinteza aril pirazola putem Suzukijeve reakcije spajanja, in vitro test inhibicije enzima tirozinaze gljiva i silico komparativna analiza molekularnog spajanja s kojicom kiselina. Bioorganska kemija 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 bis 5-alkilrezorcinolni derivati ​​iz lišća Oncostemon bojerianum iz Madagaskarske prašume. Journal of Natural Products 65(11):1627–1632 DOI 10.1021/np0201568.

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

6. Europska komisija, Znanstveni 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 protuupalnog djelovanja bisresorcinola izoliranog 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 učinci formulacije koja sadrži ekstrakt zelenog čaja pretvoren u tanazu na njegu kože: fizička stabilnost, aktivnosti kolagenaze, elastaze i tirozinaze. 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. Karakterizacija ukupnih fenolnih sastojaka iz stabljika Spatholobus suberect pomoću 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 ispitivanje inhibitornih i antioksidativnih aktivnosti elastaze, kolagenaze, hijaluronidaze i tirozinaze 22 ekstrakta halofitnih biljaka za nove kozmeceutike. 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 i in silico uvid u inhibitore tirozinaze s (E)-benziliden-1-indanon derivatima. 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 povezanog s ljudskom tirozinazom 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 resorcinola, snažnih i selektivnih inhibitora ljudske tirozinaze. Međunarodni časopis za molekularne znanosti 19(3):690 DOI 10.3390/ijms19030690.

17.Medvidović-Kosanović M, Šeruga M, Jakobek L, Novak I. 2010. Electrochemical and antioxidant properties of ( plus )-catechin, quercetin, and rutin. Croatica Chemica Acta 83(2):197–207.

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

19.Pientaweeratch S, Panapisal V, Tansirikongkol A. 2016. Antioksidativno, anti-kolagenazno i ​​anti-elastazno djelovanje 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 ferulinska kiselina inhibiraju UVA-induciranu matričnu metaloproteinazu-1 kroz regulaciju antioksidativnog obrambenog sustava u HaCaT stanicama keratinocita. 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. Učinci rodomirtona na homolog tubulina gram-pozitivnih bakterija 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. Časopis za kemijske informacije i modeliranje 54(8):2371–2379 DOI 10.1021/ci500209e.

23. Selvaraj S, Krishnaswamy S, Devashya V, Sethuraman S, Krishnan UM. 2014. Flavonoid-metalni ionski kompleksi: nova klasa terapijskih sredstava. 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. Cirkadijalni ritmovi u koži i drugim elastičnim tkivima. 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. Integrirana studija inhibicije tirozinaze rutinom: napredak pomoću računalne 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 povezana s kožom ekstrakta nadzemnih dijelova različitih kultivara 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 aldoza-reduktaze: ekvivalentnost promatrana simulacijom dinamike 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. Uloga novopronađenog pomoćnog mjesta u fosfolipazi A1 iz tajlandske trakaste tigraste ose (afiniteti Vespa) u njezinom enzimskom poboljšanju: in silico homologija modeliranje i uvid u molekularnu dinamiku. Toksini 12(8):510 DOI 10.3390/toksini12080510.

29. Thring TS, Hili P, Naughton DP. 2009. Anti-kolagenazno, anti-elastazno 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, flavonoidni 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