В настоящее время в России прослеживается устойчивая тенденция к увеличению потребительского интереса к лекарственным средствам из арсенала народной медицины, в частности к лекарственным средствам  растительного происхождения (ЛРС). Известно, что в мире почти 40% фармацевтической продукции изготавливается из лекарственных растений. По данным ВОЗ, значительная часть жителей планеты, проживающая в развивающихся странах, в рамках системы первичной медико-санитарной помощи пользуется традиционными препаратами природного происхождения.

Обобщая различные данные, можно сказать, что пять основных причин, определяют постоянно растущий спрос на ЛРС:

1. Относительная безопасность действия.

Химическая природа лекарственных растений позволяет препаратам на их основе легко включаться в биохимические процессы человека, оказывая многостороннее, мягкое действие даже при длительном применении.

2. Незначительное количество побочных эффектов.

Это выгодно отличает ЛРС от синтетических аналогов.

3. Возможность рационального сочетания лекарственных растений между собой и с синтетическими средствами.

Такая особенность лекарственных средств на растительной основе важна для пациентов пожилого и старческого возраста, больных с сочетанной патологией.

4. Ценовая доступность.

5. Менталитет российского населения.

Благосклонное отношение потребителей к лекарственным средствам из растительного сырья сформировалось благодаря многовековым традициям и огромному опыту народной медицины.

По различным данным, на территории Российской Федерации разрешены к применению в медицинской практике более чем 600 лекарственных препаратов растительного происхождения.

В ходе социологического исследования выяснилось, что наибольшим спросом у потребителей пользуются ЛСРП такой фармакотерапевтический группы, как противовоспалительные, которые приобрели 22,4% опрошенных.( 2000-2004 гг) (при инфекционных заболеваниях – 34,0% случаев, сердечно-сосудистой системы – 12,2%, органов дыхания – 9,0, желчегонные – 9,6%, отхаркивающие и мочегонные – 8,3%, антисептического действия – 8,7%.)

К этой группе относится биофлавоноид К, который за многообразие и универсальность своих профилактических и лечебных свойств часто называют «королем флавоноидов». Эмпирическим путем установленны данные о анальгезирующей, п/в , антигистаминной активности, в их основе лежат  данных народной медицины широкого географического диапазона о его применении в усл воспалительных заболеваний и аллергий.

1.Противовоспалительный

2. Противоопухолевый

2.Противоотечный

4.Противоаллергический

5. Противовирусный

В экспериментальных условиях установлены следующие эффекты кврецетина.

1. Подавление экссудативной фазы воспаления (Соколов С.Я.; Тюкавкина Н.А. и соавт.; 1994)

2. Снижение либерации гистамина (E. Middleton, Jr, D. G. Krishnarao, 1981; E. Middleton, Jr, P. Ferriola, , 1989; Duraisamy Kempuraj, Bhuvaneshwari Madhappan,2005)

3. Уменьшение ЛПНП в сыворотке крови (Л.В. Недосугова и соавт.; 2006)

4. Уменьшение сосудистой проницаемости (Кузнецова; 1975)

5. Восстановление в  раковых клетках функции гена р53 (Д.Р. Ферри, 1996)

Вместе с тем, вопрос о механизме тех или иных эффектов во многом остается открытым.

Согласно современным оценкам, разработка одного препарата, поиск патофизиологическго обоснования его эффектов, в США занимает в среднем 10-15 лет, а ее стоимость составляет 400-700 миллионов долларов. Новые науки: биоинформатика, фармакогеномика существенно сокращают и сроки (6-7 лет), и стоимость (300-400 млн. долларов) создания новых лекарств. Новые науки уменьшают затраты не только на первую стадию разработки, но и на раскрытие механизма взаимодействия препарата с организмом, они облегчают поиск веществ с заданными свойствами. Кроме того, моделирование взаимодействия вещество- организм на уровне рецепторов позволяет конкретизировать область применения препарата.

Цель исследования

Определение вероятных молекул – мишеней биофлавоноида кверцетина обусловливающие его иммуномодулирующий эффект и провести моделирование in silico взаимодействия с ними.

Провести поиск известных молекул – мишеней сигнальных путей, способных  обеспечивать  иммуномодулирующий  эффект при взаимодействии с кверцетином.

Оценить связывание кверцетина с выбранными молекулами при помощи программы AutoDock4.

Задачи исследования:

Провести поиск известных молекул – мишеней сигнальных путей, способных  обеспечивать  иммуномодулирующий  эффект при взаимодействии с кверцетином.

Оценить связывание кверцетина с выбранными молекулами при помощи программы AutoDock4.

Материалы исследования

Трехмерная компьютерная модель молекулы кверцетина, взятые из банка данных молекул Кegg, находящегося в свободном доступе в сети Internet

Трехмерные компьютерные модели белков – потенциальных мишений, взятые из банков данных белковых молекул RSCB, Swiss-prot, находящегося в свободном доступе в сети Internet 

Ниже представлены молекулы-мишени, которые мы отобрали для исследования (с учетом их вклада в развитие ИО)

AP-1 (1fos.pdb)

NO синтаза (1nsi.pdb)

киназы С-белка тета (PKC) (2jed.pdb)

фосфоиназитол 3 киназа (IP3) (1e8y.pdb)

IκB киназы (3brt.pdb)

T-bet (T-box expressed in T cells) (1xbr.pdb)

IRF-1 (Interferon Regulatory Factor 1) (1if1.pdb)

JAK2 (2b7a.pdb)

TYK2 (2fgi.pdb)

Stat1 (1tbn.pdb)

Stat4(3eml.pdb)

Stat3 (1bg1.pdb)

NFκ-B (1nfi.pdb)

5-липоксигеназа(2abv.pdb)

Модель во вьювере Autodock4

В качестве лиганда использована молекула кварцетина. Во вьюере программы PYMOL она выглядит так

Метод исследования

Для процесса докинга in silico использована программа AutoDock версии 4.0, которая включена в состав комплекса MGL Tools версии 1.4.5.

При докинге в качестве стартовой информации используется трехмерная структура белка, и структура лиганда, конформационная подвижность и взаиморасположение с рецептором, которое моделируется в процессе докинга.

Результатом докинга является энергия связывания лиганда (свободная энергия гиббса) с активным центром с точки зрения оценочной функции докинга (scoring functions), в конформации, наилучшим образом взаимодействующей с белковым сайтом связывания.

На основе изменение свободной энергии Гиббса Ван-дер-ваальсовых взаимодействий, изменение свободной энергии Гиббса деформации двугранных (торсионных) углов, изменение свободной энергии Гиббса электростатических взаимодействий и

изменение свободной энергии Гиббса диссольватации вычисляется – итоговая формула -Суммарное уравнение изменения свободной энергии Гиббса для перехода двух молекул из несвязанного в связанное состояние

ΔGvdW = WvdW ∑i, j ( Aij / rij12 – Bij / rij6 ) – изменение свободной энергии Гиббса Ван-дер-ваальсовых взаимодействий

ΔGH-bond = WH-bond ∑i, j E(t) * ( Cij / rij12 – Dij / rij10 + Ehbond ) – изменение свободной энергии Гиббса деформации двугранных (торсионных) углов

Δgelec = Welec ∑i, j ( qi * qj ) / ( ε(rij) * rij ) – изменение свободной энергии Гиббса электростатических взаимодействий

Δgsolv = Wdesolv ∑i ©, j (Si * Vj * exp ( -rij2 / (2 * σ2) ) ) – изменение свободной энергии Гиббса десольватации

ΔGtor = Wtor Ntor  – изменение свободной энергии Гиббса деформации двугранных (торсионных) углов

Суммарное уравнение изменения свободной энергии Гиббса для перехода двух молекул из несвязанного в связанное состояние :

Схема провидения исследования

Исследование проводилось согласно схеме, представленной на слайде: на первом этапе проводили подготовку *.pdb файлов к докингу. Затем проводили докинг каждой пары мишень –лиганд в результате чего получали файлы *.dlg для каждого лиганда, который и подвергался анализу.

Результаты и обсуждения

По результатам проведенного докинга кверцетина с молекулами – мишенями его иммуномодулирующий эффект может быть обусловлен действием на выбранные нами лиганды. В ходе докинга кверцетин проявил взаимодействия со всеми предполагаемыми мишенями, показав энергию связывания от -9,36 с транскрипционным фактором Т-bet до -3,92 С IkappaB.

Ниже представлена модель размещения кверцетина в кармане рецептора -транскрипционного фактора Т-bet

Максимальными показателями связывания по результатам докинга обладают:

           транскрипционный фактор T-bet (Есв=-9,36),

           фосфоиназитол 3 киназа (Есв=-8,70)

           киназы С-белка тета (Есв=-8,19),

           5-липоксигеназа (Есв=-8,66),

           JAK2 (Есв=-8,63),

что говорит о хорошей способности связывания кверцетина с этими белками.

Ниже представлена модель размещения кверцетина в кармане рецептора 5-липоксигеназой