Computer screening of peptidomimetics and small-molecule ligands of B-cell membrane proteins for therapy of Burkitt lymphoma

Ірина Демʼяненко; Анастасія Бахмач

doi:10.61751/bmbr/4.2023.25

Автор(и)

Ірина Демʼяненко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» https://orcid.org/0000-0002-0832-3619
Анастасія Бахмач Університет Гренобль Альпи https://orcid.org/0000-0003-3746-3853

DOI:

https://doi.org/10.61751/bmbr/4.2023.25

Ключові слова:

молекулярний докінг, фармакофори, антитіла, міметики, імуногенність

Анотація

Можливості молекулярного моделювання та докінгу дозволяють знайти нові потенційні лікарські агенти, які дозволяють покращити лікування хвороб, що є актуальним питанням сьогодення. Метою даного дослідження був пошук in silico міметиків антитіл до мембранних білків В-клітин для лікування лімфоми Беркітта методом віртуального скринінгу. В даній роботі було використано стандартний протокол структурно-залежного віртуального скринінгу з тією відмінністю, що фармакофори для скринінгу будували не на основі маломолекулярних лігандів, а на основі обраних амінокислотних залишків антитіл. За літературними даними та на основі наявності механізму прямої цитотоксичної дії та наявності 3D структур комплексу було обрано три моноклональні антитіла: обінутузумаб, епратузумабута та атезолізумабу. Ідентифікація біологічної мішені проводилися шляхом пошуку 3D-структур обраних комплексів з білками-мішенями в базі даних Protein Data Bank. Для проведення віртуального скринінгу обрано веб-сервіс Pharmit. За допомогою програми Molecular Operating Environment було побудовано моделі фармакофорів для трьох комплексів: CD20 і обінутузумабу, CD22 і епратузумабу та PD-L1 і атезолізумабу. Докінг з білком CD20, CD22 і PD-L1 проведено за сайтами зв’язування, який впізнає оригінальне антитіло. Методом віртуального скринінгу in silico за допомогою програмного продукту Molecular Operating Environment здійснено пошук міметиків антитіл до мембранних білків В-клітин для лікування лімфоми Беркітта, в результаті чого відібрано 5 потенційних антилімфомних агента: CHEMBL505179 до рецептора CD20, до рецептора CD20 – антагоніст рецептору меланокортину (PubChem-44406884), до рецептора CD22 – інгібітор фактору згортання крові Ха (PubChem-136510605) та блокатор епітеліальних Na+ каналів (PubChem-126761430), до рецептора PD-L1 – агоніст рецептору меланокортину (PubChem-25078192). Отримані результати можуть бути застосовані у фармакологічній промисловості та онкологічній практиці з метою покращення терапевтичних результатів лікування хворих з лімфомою Беркітта

Отримано: 31.07.2023 | Переглянуто: 11.10.2023 | Прийнято: 28.11.2023

Біографії авторів

Ірина Демʼяненко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, асистент 03056, просп. Берестейський, 37, м. Київ, Україна

Анастасія Бахмач, Університет Гренобль Альпи

Магістр 38400, просп. Сентраль, 621, м. Сен-Мартен-д'Ер, Франція

Посилання

Ai S, Lin G, Bai Y, Liu X, Piao L. QSAR classification-based virtual screening followed by molecular docking identification of potential COX-2 inhibitors in a natural product library. J Comput Biol. 2019;26(11):1296–15. DOI: 10.1089/cmb.2019.0142

Kucherenko L, Brytanova T, Hotsulia A. Synthesis, molecular docking, and ADME analysis of a series of 4-amino-3,5-dimethyl-1,2,4-triazole derivatives. Curr Issues Pharm Med Sci. 2023;16(2):147–53. DOI: 10.14739/2409-2932.2023.2.281039

Zhang Y, Zhang TJ, Tu S, Zhang ZH, Meng FH. Identification of novel Src inhibitors: Pharmacophore-based virtual screening, molecular docking and molecular dynamics simulations. Molecules. 2020;25(18):e4094. DOI: 10.3390/molecules25184094

Ren S, Yassar A. Recent research progress in indophenine-based-functional materials: Design, synthesis, and optoelectronic applications. Materials. 2023;16(6):e2474. DOI: 10.3390/ma16062474

Sharma K, Lanzilotto A, Yakubu J, Therkelsen S, Vöegel CD, Du Toit T, et al. Essential oil terpenes may inhibit steroidogenic cytochrome P450 activities. bioRxiv [Internet]. 2023 November 2 [cited 2023 November 7]. DOI: 10.1101/2023.10.31.564977

Lupaescu AV, Mocanu CS, Drochioiu G, Ciobanu CI. Zinc binding to NAP-type neuroprotective peptides: Nuclear magnetic resonance studies and molecular modeling. Pharmaceuticals. 2021;14(10):e1011. DOI: 10.3390/ph14101011

King RL, Hsi ED, Chan WC, Piris MA, Cook JR, Scott DW, Swerdlow SH. Diagnostic approaches and future directions in Burkitt lymphoma and high-grade B-cell lymphoma. Virchows Arch. 2023;482:193–5. DOI: 10.1007/s00428-022-03404-6

Yang X, Huang Q, Li A, Chen Y, Xu W, Li J, et al. A long-term retrospective study on sporadic Burkitt lymphoma in Chinese population. Medicine. 2020;99(5):e18438. DOI: 10.1097/MD.0000000000018438

Villalobo A. Ca2+ signaling and Src functions in tumor cells. Biomolecules. 2023;13(12):e1739. DOI: 10.3390/biom13121739

Lutsenko T, Сhalenko M. The use of monoclonal antibodies in oncotherapy. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference “Modern Technologies of Biomedical Engineering”; 2022; Odesa. Odesa, Ukraine: Odesа Polytechnic National University; 2022. P. 49–52.

Nasution MAF, Stephanie F, Tambunan USF. Pharmacophore-based virtual screening and molecular docking simulation of flavonoids as smoothened protein inhibitor of Hedgehog signaling pathways [Internet]. In: Mart T, Triyono D, Anggraningrum IT, editors. Proceedings of the 4th International Symposium on Current Progress in Mathematics and Sciences; 2018 Oct 30-31; Depok. Indonesia: AIP Conference Proceedings; 2019. DOI: 10.1063/1.5132487

Cerqueira NMFS, Gesto D, Oliveira EF, Santos-Martins D, Brás NF, Sousa SF, et al. Receptor-based virtual screening protocol for drug discovery. Arch Biochem Biophys. 2015;582:56–67. DOI: 10.1016/j.abb.2015.05.011

Fu Y, Sun YN, Yi KH, Li MQ, Cao HF, Li JZ, Ye F. Combination of virtual screening protocol by in silico toward the discovery of novel 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase inhibitors. Front Chem. 2018;6:14. DOI: 10.3389/fchem.2018.00014

Peptidic macrocycles [Internet]. [cited 2023 November 7]. Available from: https://www.asinex.com/peptidomimetics

Sunseri J, Koes DR. Pharmit: Interactive exploration of chemical space. Nucleic Acids Res. 2016;44(1):442–48. DOI: 10.1093%2Fnar%2Fgkw287

Koes DR, Camacho CJ. Pharmer: Efficient and exact pharmacophore search. J Chem Inf Model. 2011;51(6):1307–14. DOI: 10.1021/ci200097m

Kumar A, Planchais C, Fronzes R, Mouquet H, Reyes N. Binding mechanisms of therapeutic antibodies to human CD20. Science. 2020;369(6505):793–99. DOI: 10.1126/science.abb8008

Nasr MR, Rosenthal N, Syrbu S. Expression profiling of transcription factors in B- or T-acute lymphoblastic leukemia/lymphoma and Burkitt lymphoma: Usefulness of PAX5 immunostaining as pan-pre-B-cell marker. Am J Clin Pathol. 2010;133(1):41–48. DOI: 10.1309/ajcpyp00jnufwccy

Horna P, Nowakowski G, Endell J, Boxhammer R. Comparative assessment of surface CD19 and CD20 expression on B-cell lymphomas from clinical biopsies: Implications for targeted therapies. Blood. 2019;134(Suppl 1):e5345. DOI: 10.1182/blood-2019-129600

Weber T, Bötticher B, Mier W, Sauter M, Krämer S, Leotta K, et al. High treatment efficacy by dual targeting of Burkitt’s lymphoma xenografted mice with a177Lu-based CD22-specific radioimmunoconjugate and rituximab. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2016;43(3):489–98. DOI: 10.1007/s00259-015-3175-6

Majzner RG, Simon JS, Grosso JF, Martinez D, Pawel BR, Santi M, et al. Assessment of programmed death-ligand 1 expression and tumor-associated immune cells in pediatric cancer tissues. Cancer. 2017;123(19):3807–15. DOI: 10.1002/cncr.30724

Ereño-Orbea J, Sicard T, Cui H, Mazhab-Jafari MT, Benlekbir S, Guarné A, et al. Molecular basis of human CD22 function and therapeutic targeting. Nat Commun. 2017;8:e764. DOI: 10.1038/s41467-017-00836-6

Lee HT, Lee JY, Lim H, Lee SH, Moon YJ, Pyo HJ, et al. Molecular mechanism of PD-1/PD-L1 blockade via anti-PD-L1 antibodies atezolizumab and durvalumab. Sci Rep. 2017;7:e5532. DOI: 10.1038/s41598-017-06002-8

Owen CJ, Stewart DA. Obinutuzumab for the treatment of patients with previously untreated chronic lymphocytic leukemia: Overview and perspective. Ther Adv Hematol. 2015;6(4):161–70. DOI: 10.1177/2040620715586528

Geh D, Gordon C. Epratuzumab for the treatment of systemic lupus erythematosus. Expert Rev Clin Immunol. 2018;14(4):245–58. DOI: 10.1080/1744666X.2018.1450141

Blair HA. Atezolizumab: A review in previously treated advanced non-small cell lung cancer. Target Oncol. 2018;13(3):399–7. DOI: 10.1007/s11523-018-0570-5

Wurz GT, Kao CJ, DeGregorio MW. Novel cancer antigens for personalized immunotherapies: Latest evidence and clinical potential. Ther Adv Med Oncol. 2016;8(1):4–31. DOI: 10.1177/1758834015615514

Huang Y, Furuno M, Arakawa T, Takizawa S, de Hoon M, Suzuki H, et al. A framework for identification of on- and off-target transcriptional responses to drug treatment. Sci Rep. 2019;9(1):e17603. DOI: 10.1038/s41598-019-54180-4

Farooqi IS, Keogh JM, Yeo GSH, Lank EJ, Cheetham T, O’Rahilly S. Clinical spectrum of obesity and mutations in the melanocortin 4 receptor gene. N Engl J Med. 2003;348(12):1085–95. DOI: 10.1056/NEJMoa022050

Delhanty PJD, Bouw E, Huisman M, Vervenne RML, Themmen APN, van der Lely AJ, et al. Functional characterization of a new human melanocortin-4 receptor homozygous mutation (N72K) that is associated with early-onset obesity. Mol Biol Rep. 2014;41(12):7967–72. DOI: 10.1007/s11033-014-3691-7

Yoshida T, Yoshimura M, Amakura Y. Chemical and biological significance of oenothein B and related ellagitannin oligomers with macrocyclic structure. Molecules. 2018;23(3):e552. DOI: 10.3390/molecules23030552

Gant TG, Shahbaz MM, investors; Auspex Pharmaceuticals, Inc., assignee. Pyrazole carboxamide inhibitors of factor Xa. United States patent 2010O130543A1. 2010 May 27.

Johnson MR, investor; Parion Sciences, Inc., assignee. Chloro-pyrazine carboxamide derivatives with epithelial sodium channel blocking activity. United States patent 2014.0171447A1. 2014 Jun 19.

Mayer JP, Hsiung HM, Flora DB, Edwards P, Smith DP, Zhang XY, et al. Discovery of a β-MSH-derived MC-4R selective agonist. J Med Chem. 2005;48(9):3095–98. DOI: 10.1021/jm0501432

López C, Burkhardt B, Chan JK, Leoncini L, Mbulaiteye SM, Ogwang MD, et al. Burkitt lymphoma. Nat Rev Dis Primers. 2022;8(1):78. DOI: 10.1038/s41572-022-00404-3

Prica A, Crump M. Improving CD20 antibody therapy: Obinutuzumab in lymphoproliferative disorders. Leuk Lymphoma. 2019;60(3):573–82. DOI: 10.1080/10428194.2018.1498490

Fekih A, Dammak N, Agrebi I, Toumi S, Yaich S, Chaker H, et al. POS-454 mantle cell lymphoma and renal impairment: About 2 cases. Kidney Int Rep. 2021;6(4), Suppl 197. DOI: 10.1016/j.ekir.2021.03.480

Li M, Liu D, Lee D, Kapoor S, Gibson-Corley KN, Quinn, TP, et al. Enhancing the efficacy of melanocortin 1 receptor-targeted radiotherapy by pharmacologically upregulating the receptor in metastatic melanoma. Mol Pharm. 2019;16(9):3904–15. DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.9b00512

Yoshikawa S, Chen LG, Yoshimura M, Amakura Y, Hatano T, Taniguchi S. Barricyclin D1-a dimeric ellagitannin with a macrocyclic structure-and accompanying tannins from Barringtonia racemosa. Biosci Biotechnol Biochem. 2021;85(7):1609–20. DOI: 10.1093/bbb/zbab073

Hao X, Zuo X, Kang D, Zhang J, Song Y, Liu X, Zhan P. Contemporary medicinal-chemistry strategies for discovery of blood coagulation factor Xa inhibitors. Expert Opin Drug Discov. 2019;14(9):915–31. DOI: 10.1080/17460441.2019.1626821

Schmitz T, Bäuml CA, Imhof D. Inhibitors of blood coagulation factor XIII. Anal Biochem. 2020;605:e113708. DOI: 10.1016/j.ab.2020.113708

Zhuang B, Xu R. Principle and progress of treating lymphoma with CD22 as immunotherapy target. Highl Sci Eng Technol. 36:577–84. DOI: 10.54097/hset.v36i.5733

Willard P, McKay J, Yazbeck V. Role of antibody-based therapy in indolent non-Hodgkin’s lymphoma. Leuk Res Rep. 2021;16:e100275. DOI: 10.1016/j.lrr.2021.100275