Biological Hammett Equation에 기초하여 Hansch-Fujita식으로 제안된 정량적인 구조 활성상관(QSAR) 기법 (Sung, Nack-Do (2002) Development of new agrochemicals by quantitative structure-activity relationship (QSAR) methodology. Kor. J. Pestic. Sci. 6: 166-174, 231-243 및 7: 1-11)에 따른 새로운 농약의 탐색과 개발에 관련하여 1990년도를 전후한 국내에서 이루어진 QSAR 기법중 주로 2D QSAR기법의 활용연구 현황에 대하여 조명하였다.
일련의 새로운 cyclohexanone 유도체(5-benzofuryl-2-[1-(alkoxyimino)alkyl]-3-hy-droxycyclohex-2-en-1-ones)와 벼(Oryza sativa L.) 및 돌피(Echinochloa crus-galli)에 대한 제초활성과의 정량적인 구조-활성관계(QSARs)를 2D-QSAR 및 HQSAR 방법으로 검토하였다. 일반적으로 HQSAR 모델이 2D-QSAR 모델보다 예측성과 적합성이 좋았다. 2D-QSAR II 모델로부터 돌피의 제초활성은 분자의 Balaban 지수(BI)와 $R_1$ 및 $R_3$-기의 소수성에 의존적이었다. 또한, HQSAR IV 모델에 따라 $R_3=ethyl$ 기가 벼의 제초활성에 기여하는 반면에 5-(cyclohex-3-enyl)-2,3-dihydrobenzofuran 고리 부분은 두 초종의 제초활성에 기여하지 않았다.
일련의 새로운 O,O-dialkyl-1-phenoxyacetoxy-1-methylphosphonate (S) 유도체들의 반응성과 치환기가 변화함에 따른 오이(Cucumus Sativa)씨에 대한 발아전 제초활성과의 관계를 2D-QSAR 및 HQSAR 방법으로 검토하였다. 통계적으로 HQSAR 모델이 2D-QSAR 모델보다 양호하였으며 기질분자(S)와 PDH 효소중 $BH^+$ 이온(I) 사이의 경계분자궤도(FMO) 상호작용은 친전자성 반응이 우세하였다. 치환기의 효과로부터 기질분자 (S)내 $R_2$-치환기는 carbonyl 산소원자에 대한 친전자성 반응을, 그리고 phenyl 고리상 X,Y-치환기는 carbonyl 탄소원자에 대한 친핵성 반응에 기여하였으며 $R_2$-치환기보다 X,Y-치환기의 영향이 더 컸다. 2D-QSAR모델 (I 및 II)과 HQSAR 모델의 기여도로부터 X,Y-치환기의 길이가 길수록 제초활성이 증가하는 경향이었으며 적정한 ${\epsilon}LUMO$ 에너지($({\epsilon}LUMO)_{opt.}$=-0.479 e.v.)가 제초활성에 중요한 요소이었다. 그러므로 PDH 효소의 저해활성으로 인한 제초활성은 친핵성반응으로 진행될 것으로 예상되었다. 2D-QSAR 및 HQSAR 두 모델로부터 제초활성에 기여하는 기질분자(S)의 구조 특이성과 요소들을 새로운 제초제 설계에 적용할 수 있음을 시사하였다.
정량적인 분자 구조와 물리-화학적인 성질 사이의 상관관계(QSAR)식을 이용하여 약효성을 예측하고 새로운 농약을 탐색하거나 개발하는데 있어서 효율적인 수단으로 활용되는 QSAR 기법의 발전 과정과 자유 에너지 직선관계(LFER)에 관한 기본 개념을 위시한 QSAR 기법의 목적과 유용성 그리고 장단점과 활용 상 제한점 등에 관한 일반적인 내용에 대하여 간략하게 논의하였다.
The three dimensional quantitative structure activity relationship (3D QSAR) models were developed using Comparative molecular field analysis (CoMFA), comparative molecular similarity indices analysis (CoMSIA) and docking studies. The fit of Quinazolinone antifolates inside the active site of modeled bovine dihydrofolate reductase (DHFR) was assessed. Both ligand based (LB) and receptor based (RB) QSAR models were generated, these models showed good internal and external statistical reliability that is evident from the $q^2_{loo}$, $r^2_{ncv}$ and $r^2_{pred}$. The identified key features enabled us to design new Quinazolinone analogues as DHFR inhibitors. This study is a building bridge between docking studies of homology modeled bovine DHFR protein as well as ligand and target based 3D QSAR techniques of CoMFA and CoMSIA approaches.
가축의 번식과 수요를 조절할 수 있는 생물학적 자극 통제 수단으로 새로운 돼지 페르몬성 냄새 물질를 탐색하고자, 기질 분자로서 2-cyclohexyloxytetrahydrofurane (A), 2-phenoxytetrahydrofurane (B) 유도체들의 설명인자인 물리화학 파라미터와 돼지 페로몬의 수용체 (pOBP)에 대한 결합 친화력 상수($p[Od.]_{50}$) 간의 2D-QSAR 모델을 유도하고 검토하였다. 2D-QSAR 모델은 결합 친화력 상수를 약 96.4% 설명하는 매우 양호한 모델($r^{2}=0.964$)로서 분자내 치환기의 소수성 (SL) 상수에 관한 적정값이 $(SL)_{opt.}=1.418$일 때 가장 높은 결합 친화력을 나타냄을 알았다. 그러므로 분자내 치환기의 소수성 인자가 결합 친화력 상수에 가장 큰 영향을 미치는 중요한 요소이었다.
The two dimensional quantitative structure-activity relationships (2D-QSARs) models concerning the binding affinity constants ($p[Od.]_{50}$) between 2-cyclohexyltetrahydropyrane and 2-cyclohexyltetrahydrofurane analogues as substrates, and bovine odorant binding protein (bOBP) as receptor were derived by multiple regression analyses method and discussed. The statistical quality of the optimized 2D-QSAR model (5) was good (r=0.907). From the model, the binding affinity constants ($p[Od.]_{50}$) were dependent upon the optimal value ($(TL)_{opt.}$=2.737) of total lipole (TL) of substrate molecules. Based on these findings, the high active compounds predicted by optimized 2D-QSAR model (5) were 2-(dimethylcyclohexyl)tetrahydropyrane molecule and their isomer molecules. The binding affinity constants regarding bOBP of the tetrahydrofuryl-2-yl family compounds were dependent upon the hydrophobicity (logP) of whole substrate molecules. In any case of porcine odorant-binding proteins (pOBP), the constants were dependent upon the hydrophobicity (${\pi}x={\log}P_X-{\log}P_H$) of substituents (R) in substrate molecules. Also, from the optimal values of hydrophobic constant, the hydrophobicity for bOBP influenced ca. twice time bigger (bOBP>pOBP) than that for pOBP.
We investigate a series of synthesized ${\beta}$-methoxyacrylate analogues for their 3D QSAR & HQSAR against Magnaporthe grisea (Rice Blast Disease). We perform the three-dimensional Quantitative Structure-Activity Relationship (3D-QSAR) studies, using the comparative molecular field analysis (CoMFA) and comparative molecular similarity indices analysis (CoMSIA) procedure. In addition, we carry out a two-dimensional Quantitative Structure-Activity Relationship (2D-QSAR) study, using the Hologram QSAR (HQSAR). We perform these studies, using 53 compounds as a training set and 10 compounds as a test set. The predictive QSAR models have conventional $r^2$ values of 0.955 at CoMFA, 0.917 at CoMSIA, and 0.910 at HQSAR respectively; similarly, we obtain cross-validated coefficient $q^2$ values of 0.822 at CoMFA, 0.763 at CoMSIA, and 0.816 at HQSAR, respectively. From these studies, the CoMFA model performs better than the CoMSIA model.
Microsomal prostaglandin E2 synthase (mPGES-1) is a potent target for pain and inflammation. Various QSAR (quantitative structure activity relationship) analyses used to understand the factors affecting inhibitory potency for a series of MK886 analogues. We derived four QSAR models utilizing various quantum mechanical (QM) descriptors. These QM models indicate that steric, electrostatic and hydrophobic interaction can be important factors. Common pharmacophore hypotheses (CPHs) also have studied. The QSAR model derived by best-fitted CPHs considering hydrophobic, negative group and ring effect gave a reasonable result (q2 = 0.77, r2 = 0.97 and Rtestset = 0.90). The pharmacophore-derived molecular alignment subsequently used for 3D-QSAR. The CoMFA (Comparative Molecular Field Analysis) and CoMSIA (Comparative Molecular Similarity Indices Analysis) techniques employed on same series of mPGES-1 inhibitors which gives a statistically reasonable result (CoMFA; q2 = 0.90, r2 = 0.99. CoMSIA; q2 = 0.93, r2 = 1.00). All modeling results (QM-based QSAR, pharmacophore modeling and 3D-QSAR) imply steric, electrostatic and hydrophobic contribution to the inhibitory activity. CoMFA and CoMSIA models suggest the introduction of bulky group around ring B may enhance the inhibitory activity.
새로운 유방암의 억제 물질을 탐색하고 설계하기 위하여 flavopiridol 유도체의 치환기($R_1{\sim}R_2$) 변화에 따른 유방암 유발세포 MCF-7의 저해활성에 관한 2D-QSAR 및 분자 홀로그래피적인 QSAR을 분석하였다. 2D-QSAR 모델(1)로부터 분자는 분산력으로 그리고 치환기는 입체장애를 유발하는 요인으로 작용하였으며 질량(MS)보다 굴절율(MR)상수가 저해활성에 크게 기여하였다. 그리고 2D-QSAR 모델(2)로부터는 MR상수의 적정값. $(MR)_{opt.}$= 126$Cm^3/mol$을 가지는 치환기의 저해활성이 가장 높을 것으로 예상되었다. 또한, 최적의 HQSAR 모델은 분자 조각의 크기($7{\sim}10$) 조건에서 예측성($q^2$= 0.583)과 상관성($r^2$= 0.982)이 매우 양호하였으며 기여도로부터 flavopiridol 분자내 A고리의 $C_8$원자에 결합된 수소원자나 hydroxyl-기보다 $C_9$원자 부분의 imino 골격이 저해활성에 기여하였다. 결과적으로 치환기들에 의한 분산력이 유방암 유발 세포 MCF-7의 저해활성에 크게 관여하는 주요인이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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