The coronavirus disease 2019 is a contagious disease and had caused havoc throughout the world by creating widespread mortality and morbidity. The unavailability of vaccines and proper antiviral drugs encourages the researchers to identify potential antiviral drugs to be used against the virus. The presence of RNA binding domain in the nucleocapsid (N) protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) could be a potential drug target, which serves multiple critical functions during the viral life cycle, especially the viral replication. Since vaccine development might take some time, the identification of a drug compound targeting viral replication might offer a solution for treatment. The study analyzed the phylogenetic relationship of N protein sequence divergence with other 49 coronavirus species and also identified the conserved regions according to protein families through conserved domain search. Good structural binding affinities of a few natural and/or synthetic phytocompounds or drugs against N protein were determined using the molecular docking approaches. The analyzed compounds presented the higher numbers of hydrogen bonds of selected chemicals supporting the drug-ability of these compounds. Among them, the established antiviral drug glycyrrhizic acid and the phytochemical theaflavin can be considered as possible drug compounds against target N protein of SARS-CoV-2 as they showed lower binding affinities. The findings of this study might lead to the development of a drug for the SARS-CoV-2 mediated disease and offer solution to treatment of SARS-CoV-2 infection.
Mohammad Hossein Malekipour;Farzaneh Shirani;Shadi Moradi;Amir Taherkhani
Genomics & Informatics
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v.21
no.1
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pp.9.1-9.13
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2023
Matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) is a zinc and calcium-dependent proteolytic enzyme involved in extracellular matrix degradation. Overexpression of MMP-9 has been confirmed in several disorders, including cancers, Alzheimer's disease, autoimmune diseases, cardiovascular diseases, and dental caries. Therefore, MMP-9 inhibition is recommended as a therapeutic strategy for combating various diseases. Cinnamic acid derivatives have shown therapeutic effects in different cancers, Alzheimer's disease, cardiovascular diseases, and dental caries. A computational drug discovery approach was performed to evaluate the binding affinity of selected cinnamic acid derivatives to the MMP-9 active site. The stability of docked poses for top-ranked compounds was also examined. Twelve herbal cinnamic acid derivatives were tested for possible MMP-9 inhibition using the AutoDock 4.0 tool. The stability of the docked poses for the most potent MMP-9 inhibitors was assessed by molecular dynamics (MD) in 10 nanosecond simulations. Interactions between the best MMP-9 inhibitors in this study and residues incorporated in the MMP-9 active site were studied before and after MD simulations. Cynarin, chlorogenic acid, and rosmarinic acid revealed a considerable binding affinity to the MMP-9 catalytic domain (ΔGbinding < -10 kcal/ mol). The inhibition constant value for cynarin and chlorogenic acid were calculated at the picomolar scale and assigned as the most potent MMP-9 inhibitor from the cinnamic acid derivatives. The root-mean-square deviations for cynarin and chlorogenic acid were below 2 Å in the 10 ns simulation. Cynarin, chlorogenic acid, and rosmarinic acid might be considered drug candidates for MMP-9 inhibition.
Hankun You;Siyuan Song;Deren Liu;Tongsen Ren;Song Jiang Yin;Peng Wu;Jun Mao
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.28
no.1
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pp.59-72
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2024
To investigate the mechanism of Wenshen Xuanbi Decoction (WSXB) in treating osteoarthritis (OA) via network pharmacology, bioinformatics analysis, and experimental verification. The active components and prediction targets of WSXB were obtained from the TCMSP database and Swiss Target Prediction website, respectively. OA-related genes were retrieved from GeneCards and OMIM databases. Protein-protein interaction and functional enrichment analyses were performed, resulting in the construction of the Herb-Component-Target network. In addition, differential genes of OA were obtained from the GEO database to verify the potential mechanism of WSXB in OA treatment. Subsequently, potential active components were subjected to molecular verification with the hub targets. Finally, we selected the most crucial hub targets and pathways for experimental verification in vitro. The active components in the study included quercetin, linolenic acid, methyl linoleate, isobergapten, and beta-sitosterol. AKT1, tumor necrosis factor (TNF), interleukin (IL)-6, GAPDH, and CTNNB1 were identified as the most crucial hub targets. Molecular docking revealed that the active components and hub targets exhibited strong binding energy. Experimental verification demonstrated that the mRNA and protein expression levels of IL-6, IL-17, and TNF in the WSXB group were lower than those in the KOA group (p < 0.05). WSXB exhibits a chondroprotective effect on OA and delays disease progression. The mechanism is potentially related to the suppression of IL-17 and TNF signaling pathways and the down-regulation of IL-6.
Hwang, Eun Young;Jeong, Mi Suk;Park, So Young;Jang, Se Bok
BMB Reports
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v.47
no.9
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pp.488-493
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2014
Adaptor protein FADD forms the death inducing signaling complex (DISC) by recruiting the initiating caspases-8 and -10 through homotypic death effector domain (DED) interactions. Cellular FLICE-inhibitory protein (c-FLIP) is an inhibitor of death ligand-induced apoptosis downstream of death receptors, and FADD competes with procaspase-8/10 for recruitment for DISC. However, the mechanism of action of FADD and c-FLIP proteins remain poorly understood at the molecular level. In this study, we provide evidence indicating that the death effector domain (DED) of FADD interacts directly with the death effector domain of human c-FLIP. In addition, we use homology modeling to develop a molecular docking model of FADD and c-FLIP proteins. We also find that four structure-based mutants (E80A, L84A, K169A and Y171A) of c-FLIP DEDs disturb the interaction with FADD DED, and that these mutations lower the stability of the c-FLIP DED.
Do Kyung Han;Jee Won Shon;Eui Suk Sung;Youn Sook Kim;Won G. An
Journal of Life Science
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v.33
no.11
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pp.876-886
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2023
In some cases of head and neck cancers (HNC), surgical interventions may result in the loss of organs and/or changes to their functions, thereby significantly affecting the patient's quality of life. As a result, the surgical treatment of HNC patients is often limited to specific cases, and alternative treatment modalities, such as chemotherapy, are considered. However, serious adverse effects caused by chemotherapy, such as severe nausea and vomiting, necessitate the need for the development of adjunctive methods to minimize patient suffering. Chuanxiong, Ligusticum chuanxiong (L. chuanxiong), is a natural herb used in Eastern medicine to treat cerebrovascular disorders and headaches. This study aimed to predict the effect and potential of L. chuanxiong as an auxiliary anticancer drug through network-based pharmacology and molecular docking analysis. The study results showed that 40 out of 41 genes of L. chuanxiong shared common targets of HNC and their proteins could be used to target HNC cells to prevent cancer progression. The results of the functional enrichment analysis confirmed that L. chuanxiong is associated with the neuroactive-ligand metabolism and neurotransmitter pathways, indicating its potential medicinal value as an adjuvant in HNC treatment. Lastly, our findings demonstrated that the active ingredient of L. chuanxiong, (Z)-Ligustilide, has the ATP binding site of heat shock protein 90, a protein known to promote the activation of cancer cells. These results suggest that L. chuanxiong is a promising candidate for developing auxiliary anticancer drugs, and further research could potentially lead to the discovery of newer and safer anti-cancer agents.
Zhihao Zhang;Huijiao Yan;Hidayat Hussain;Xiangfeng Chen;Jeong Hill Park;Sung Won Kwon;Lei Xie;Bowen Zheng;Xiaohui Xu;Daijie Wang;Jinao Duan
Journal of Ginseng Research
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v.48
no.5
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pp.454-463
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2024
Background: Panax quinquefolius L, widely recognized for its valuable contributions to medicine, has aroused considerable attention globally. Different from the extensive research has been dedicated to the root of P. quinquefolius, its berry has received relatively scant focus. Given its promising medicinal properties, this study was focused on the structural characterizations and anti-inflammatory potential of acidic polysaccharides from the P. quinquefolius berry. Materials and methods: P. quinquefolius berry was extracted with hot water, precipitated by alcohol, separated by DEAE-52-cellulose column to give a series of fractions. One of these fractions was further purified via Sephadex G-200 column to give three fractions. Then, the main fraction named as AGBP-A3 was characterized by methylation analysis, NMR spectroscopy, etc. Its anti-inflammatory activity was assessed by RAW 264.7 cell model, zebrafish model and molecular docking. Results: The main chain comprised of α-L-Rhap, α-D-GalAp and β-D-Galp, while the branch consisted mainly of α-L-Araf, β-D-Glcp, α-D-GalAp, β-D-Galp. The RAW264.7 cell assay results showed that the inhibition rates against IL-6 and IL-1β secretion at the concentration of 625 ng/mL were 24.83 %, 11.84 %, while the inhibition rate against IL-10 secretion was 70.17 % at the concentration of 312 ng/mL. In the zebrafish assay, the migrating neutrophils were significantly reduced in number, and their migration to inflammatory tissues was inhibited. Molecular docking predictions correlated well with the results of the anti-inflammatory assay. Conclusion: The present study demonstrated the structure of acidic polysaccharides of P. quinquefolius berry and their effect on inflammation, providing a reference for screening anti-inflammatory drugs.
Human CDX1 and CDX2 genes play important roles in the regulation of cell proliferation and differentiation in the intestine. Hox genes clustered on four chromosomal regions (A-D) specify positional signaling along the anterior-posterior body axis, including intestinal development. Using glutathione S-transferase (GST) pulldown assays, molecular interaction measurements, and fluorescence measurements, we found that the homeodomains (HDs) of CDX1 and CDX2 directly interact with that of HOXD8 in vitro. CDX1 showed significant affinity for HOXD8, but CDX2 showed weak affinity for HOXD8. Thus far, three-dimensional structures of CDX1/2 and HOXD8 have not been determined. In this study, we developed a molecular docking model by homology modeling based on the structures of other HD members. Proteins with mutations in the HD of CDX1 (S185A, N190A, T194A, and V212A) also bound to the HD of HOXD8. Our study suggests that the HDs of CDX1/2 resemble those of HOXD8, and we provide the first insight into the interaction between the HDs of CDX1/2 proteins and those of HOXD8.
Auxin response factor (ARF) and Aux/IAA transcriptional repressor family proteins play a major role in auxin's signalling process. Using the GALAXY protein modelling programs, monomer, dimer and oligomer structures of Aux/IAA17 and ARF5 protein were predicted based on the known experimental structures. By analysing the proposed complex structures, key interacting residues on binding site could be determined, and further suggestions for experimental studies were made.
Gopal, Velmani;AL Rashid, Mohammad Harun;Majumder, Sayani;Maiti, Partha Pratim;Mandal, Subhash C
Journal of Pharmacopuncture
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v.18
no.2
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pp.7-18
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2015
Objectives: Lawsone (1,4 naphthoquinone) is a non redox cycling compound that can be catalyzed by DT diaphorase (DTD) into 1,2,4-trihydroxynaphthalene (THN), which can generate reactive oxygen species by auto oxidation. The purpose of this study was to evaluate the toxicity of the phytomarker 1,4 naphthoquinone and its metabolite THN by using the molecular docking program AutoDock 4. Methods: The 3D structure of ligands such as hydrogen peroxide ($H_2O_2$), nitric oxide synthase (NOS), catalase (CAT), glutathione (GSH), glutathione reductase (GR), glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate hydrogen (NADPH) were drawn using hyperchem drawing tools and minimizing the energy of all pdb files with the help of hyperchem by $MM^+$ followed by a semi-empirical (PM3) method. The docking process was studied with ligand molecules to identify suitable dockings at protein binding sites through annealing and genetic simulation algorithms. The program auto dock tools (ADT) was released as an extension suite to the python molecular viewer used to prepare proteins and ligands. Grids centered on active sites were obtained with spacings of $54{\times}55{\times}56$, and a grid spacing of 0.503 was calculated. Comparisons of Global and Local Search Methods in Drug Docking were adopted to determine parameters; a maximum number of 250,000 energy evaluations, a maximum number of generations of 27,000, and mutation and crossover rates of 0.02 and 0.8 were used. The number of docking runs was set to 10. Results: Lawsone and THN can be considered to efficiently bind with NOS, CAT, GSH, GR, G6PDH and NADPH, which has been confirmed through hydrogen bond affinity with the respective amino acids. Conclusion: Naphthoquinone derivatives of lawsone, which can be metabolized into THN by a catalyst DTD, were examined. Lawsone and THN were found to be identically potent molecules for their affinities for selected proteins.
Lee, Ki-Young;Choi, Hye-Seung;Choi, Ho-Sung;Chung, Ka Young;Lee, Bong-Jin;Maeng, Han-Joo;Seo, Min-Duk
Biomolecules & Therapeutics
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v.24
no.2
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pp.191-198
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2016
The vitamin D receptor (VDR) is a member of the nuclear receptor (NR) superfamily. The VDR binds to active vitamin $D_3$ metabolites, which stimulates downstream transduction signaling involved in various physiological activities such as calcium homeostasis, bone mineralization, and cell differentiation. Quercetin is a widely distributed flavonoid in nature that is known to enhance transactivation of VDR target genes. However, the detailed molecular mechanism underlying VDR activation by quercetin is not well understood. We first demonstrated the interaction between quercetin and the VDR at the molecular level by using fluorescence quenching and saturation transfer difference (STD) NMR experiments. The dissociation constant ($K_d$) of quercetin and the VDR was $21.15{\pm}4.31{\mu}M$, and the mapping of quercetin subsites for VDR binding was performed using STD-NMR. The binding mode of quercetin was investigated by a docking study combined with molecular dynamics (MD) simulation. Quercetin might serve as a scaffold for the development of VDR modulators with selective biological activities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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