The incorporation of microwave irradiation with the prevalent "click chemistry" is currently of considerable synthetic interest. We describe here the introduction of such laboratorial shortcut into carbohydrate-based drug discovery, resulting in the rapid formation of a series of triazole-linked salicylic $\beta$-D-O-glycosides with biological activities. All "clicked" products were achieved in excellent yields ($\approx$ 90%) within only a quarter. In addition, based on the structural characteristics of the afforded glycomimetics, their inhibitory activities were evaluated toward protein tyrosine phosphatases 1B (PTP1B) and a panel of homologous protein tyrosine phosphatases (PTPs). Docking simulation was also conducted to plausibly propose binding modes of this glycosyl salicylate series with the enzymatic target.
β-Ketoacyl acyl carrier protein synthase (KAS) III is a particularly attractive target in the type II fatty acid synthetic pathway, since it is central to the initiation of fatty acid synthesis. Enterococcus faecalis, a Grampositive bacterium, is one of the major causes of hospital acquired infections. The rise of multidrug-resistant of most bacteria requires the development of new antibiotics, such as inhibition of the KAS III. In order to block the fatty acid synthesis by inhibition of KAS III, at first, three dimensional structure of Enterococcus faecalis KAS III (efKAS III) was determined by comparative homology modeling using MODELLER based on x-ray structure of Staphylococcus aureus KAS III (saKAS III) which is a gram-positive bacteria and is 36.1% identical in amino acid sequences with efKAS III. Since His-Asn-Cys catalytic triad is conserved in efKAS III and saKAS III, substrate specificity of efKAS III and saKAS III and the size of primer binding pocket of these two proteins are expected to be similar. Ligand docking study of efKAS III with naringenin and apigenin showed that naringenin docked more strongly with efKAS III than apigenin, resulting in the intensive hydrogen bond network between naringenin and efKAS III. Also, only naringenin showed antibacterial activity against E. faecalis at 256 μg/mL. This study may give practical implications of flavonoids for antimicrobial effects against E. faecalis.
Trinh, Tuy An;Park, Eun-Ji;Lee, Dahae;Song, Ji Hoon;Lee, Hye Lim;Kim, Ki Hyun;Kim, Younghoon;Jung, Kiwon;Kang, Ki Sung;Yoo, Jeong-Eun
Natural Product Sciences
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v.25
no.1
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pp.28-33
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2019
A popular approach for the study of estrogen receptor ${\alpha}$ inhibition is to investigate the protein-protein interaction between the estrogen receptor (ER) and the coactivator surface. In our study, we investigated phytochemicals from Rubus coreanus that were able to disrupt $ER{\alpha}$ and coactivator interaction with an $ER{\alpha}$ antagonist. The E-screen assay and molecular docking analysis were performed to evaluate the effects of the estrogenic activity of R. coreanus extract and its constituents on the MCF-7 human breast cancer cell line. At $100{\mu}g/mL$, R. coreanus extract significantly stimulated cell proliferation ($574.57{\pm}8.56%$). Sanguiin H6, which was isolated from R. coreanus, demonstrated the strongest affinity for the $ER{\alpha}$ coactivator-binding site in molecular docking analysis, with a binding energy of -250.149. The initial results of the study indicated that sanguiin H6 contributed to the estrogenic activity of R. coreanus through the activation of the $ER{\alpha}$ coactivator-binding site.
Background: Ginsenoside Rd is a natural compound with promising neuroprotective effects. However, the underlying mechanisms are still not well-understood. In this study, we explored whether ginsenoside Rd exerts protective effects on cerebral endothelial cells after oxygen-glucose deprivation/reoxygenation (OGD/R) treatment and its potential docking proteins related to the underlying regulations. Method: Commercially available primary human brain microvessel endothelial cells (HBMECs) were used for in vitro OGD/R studies. Cell viability, pyroptosis-associated protein expression and tight junction protein degradation were evaluated. Molecular docking proteins were predicted. Subsequent surface plasmon resonance (SPR) technology was utilized for validation. Flow cytometry was performed to quantify caspase-1 positive and PI positive (caspase-1+/PI+) pyroptotic cells. Results: Ginsenoside Rd treatment attenuated OGD/R-induced damage of blood-brain barrier (BBB) integrity in vitro. It suppressed NLRP3 inflammasome activation (increased expression of NLRP3, cleaved caspase-1, IL-1β and GSDMD-N terminal (NT)) and subsequent cellular pyroptosis (caspase-1+/PI + cells). Ginsenoside Rd interacted with SLC5A1 with a high affinity and reduced OGD/R-induced sodium influx and potassium efflux in HBMECs. Inhibiting SLC5A1 using phlorizin suppressed OGD/R-activated NLRP3 inflammasome and pyroptosis in HBMECs. Conclusion: Ginsenoside Rd protects HBMECs from OGD/R-induced injury partially via binding to SLC5A1, reducing OGD/R-induced sodium influx and potassium efflux, thereby alleviating NLRP3 inflammasome activation and pyroptosis.
Jing, Fu;Liang, Yu;Qian, Yu;Nengwei, Yu;Fei, Xu;Suping, Li
Journal of Ginseng Research
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v.47
no.2
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pp.274-282
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2023
Background: Ginsenoside compound K (CK) stimulated activation of the PI3K-Akt signaling is one of the major mechanisms in promoting cell survival after stroke. However, the underlying mediators remain poorly understood. This study aimed to explore the docking protein of ginsenoside CK mediating the neuroprotective effects. Materials and methods: Molecular docking, surface plasmon resonance, and cellular thermal shift assay were performed to explore ginsenoside CK interacting proteins. Neuroscreen-1 cells and middle cerebral artery occlusion (MCAO) model in rats were utilized as in-vitro and in-vivo models. Results: Ginsenoside CK interacted with recombinant human PTP1B protein and impaired its tyrosine phosphatase activity. Pathway and process enrichment analysis confirmed the involvement of PTP1B and its interacting proteins in PI3K-Akt signaling pathway. PTP1B overexpression reduced the tyrosine phosphorylation of insulin receptor substrate 1 (IRS1) after oxygen-glucose deprivation/reoxygenation (OGD/R) in neuroscreen-1 cells. These regulations were confirmed in the ipsilateral ischemic hemisphere of the rat brains after MCAO/R. Ginsenoside CK treatment reversed these alterations and attenuated neuronal apoptosis. Conclusion: Ginsenoside CK binds to PTP1B with a high affinity and inhibits PTP1B-mediated IRS1 tyrosine dephosphorylation. This novel mechanism helps explain the role of ginsenoside CK in activating the neuronal protective PI3K-Akt signaling pathway after ischemia-reperfusion injury.
COVID-19 caused a catastrophe in human health. People infected with COVID-19 also suffer from various clinical illnesses during and after the infection. The Boerhavia diffusa plant is well known for its antihypertensive activity. ACE-II inhibitors and calcium channel blockers are reported as mechanisms for the antihypertensive activity of B. diffusa phytoconstituents. Various studies have said ACE-II is the virus's binding site to attack host cells. COVID-19 treatment commonly employs a variety of synthetic antiviral and steroidal drugs. As a result, other clinical illnesses, such as hypertension and hyperglycemia, emerge as serious complications. Safe and effective drug delivery is a prime objective of the drug development process. COVID-19 is treated with various herbal treatments; however, they are not widely used due to their low potency. Many herbal plants and formulations are used to treat COVID-19 infection, in which B. diffusa is the most widely used plant. The current study relies on discovering active phytoconstituents with ACE-II inhibitory activity in the B. diffusa plant. As a result, it can be used as a treatment option for patients with COVID-19 and related diseases. Different phytoconstituents of the B. diffusa plant were selected from the reported literature. The activity of phytoconstituents against ACE-II proteins has been studied. Molecular docking and ligand-protein interaction computation tools are used in the in-silico experiment. Physicochemical, drug-likeness, water solubility, lipophilicity, and pharmacokinetic parameters are used to evaluate phytoconstituents. Liriodenine has the best drug-likeness, bioactivity, and binding score characteristics among the selected ligands. The in-silico study aims to find the therapeutic potential of B. diffusa phytoconstituents against ACE-II. Targeting ACE-II also shows an effect against SARS-CoV-2. It can serve as a rationale for designing a drug for patient infected with COVID-19 and associated diseases.
Seungchan An;Jaemoo Chun;Joohee Lee;Yeong Shik Kim;Minsoo Noh;Hyejin Ko
Biomolecules & Therapeutics
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v.32
no.5
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pp.627-634
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2024
Sesquiterpene lactones, a class of natural compounds abundant in the Asteraceae family, have gained attention owing to their diverse biological activities, and particularly their anti-proliferative effects on human cancer cells. In this study, we systematically investigated the structure-activity relationship of ten sesquiterpene lactones with the aim of elucidating the structural determinants for the STAT3 inhibition governing their anti-proliferative effects. Our findings revealed a significant correlation between the STAT3 inhibitory activity and the anti-proliferative effects of sesquiterpene lactones in MDA-MB-231 breast cancer cell lines. Among the compounds tested, alantolactone and isoalantolactone emerged as the most potent STAT3 inhibitors, highlighting their potential as candidates for anticancer drug development. Through protein-ligand docking studies, we revealed the structural basis of STAT3 inhibition by sesquiterpene lactones, emphasizing the critical role of hydrogen-bonding interactions with key residues, including Arg609, Ser611, Glu612, and Ser613, in the SH2 domain of STAT3. Furthermore, our conformational analysis revealed the decisive role of the torsion angle within the geometry-optimized structures of sesquiterpene lactones in their STAT3 inhibitory activity (R=0.80, p<0.01). These findings not only provide preclinical evidence for sesquiterpene lactones as promising phytomedicines against diseases associated with abnormal STAT3 activation, but also highlight the importance of stereochemical aspects in their activity.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.36-36
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2017
Out of twenty common protein amino acids, there are many kinds of non protein amino acids (NPAAs) that exist as secondary metabolites and exert ecological functions in plants. Mimosine (Mim), one of those NPAAs derived from L. leucocephala acts as an iron chelator and reversely block mammalian cell cycle at G1/S phases. Cysteine (Cys) is decisive for protein and glutathione that acts as an indispensable sulfur grantor for methionine and many other sulfur-containing secondary products. Cys biosynthesis includes consecutive two steps using two enzymes-serine acetyl transferase (SAT) and O-acetylserine (thiol)lyase (OASTL) and appeared in plant cytosol, chloroplast, and mitochondria. In the first step, the acetylation of the ${\beta}$-hydroxyl of L-serine by acetyl-CoA in the existence of SAT and finally, OASTL triggers ${\alpha}$, ${\beta}$-elimination of acetate from OAS and bind $H_2S$ to catalyze the synthesis of Cys. Mimosine synthase, one of the isozymes of the OASTLs, is able to synthesize Mim with 3-hydroxy-4-pyridone (3H4P) instead of $H_2S$ for Cys in the last step. Thus, the aim of this study was to clone and characterize the cytosolic (Cy) OASTL gene from L. leucocephala, express the recombinant OASTL in Escherichia coli, purify it, do enzyme kinetic analysis, perform docking dynamics simulation analysis between the receptor and the ligands and compare its performance between Cys and Mim synthesis. Cy-OASTL was obtained through both directional degenerate primers corresponding to conserved amino acid region among plant Cys synthase family and the purified protein was 34.3KDa. After cleaving the GST-tag, Cy-OASTL was observed to form mimosine with 3H4P and OAS. The optimum Cys and Mim reaction pH and temperature were 7.5 and $40^{\circ}C$, and 8.0 and $35^{\circ}C$ respectively. Michaelis constant (Km) values of OAS from Cys were higher than the OAS from Mim. Inter fragment interaction energy (IFIE) of substrate OAS-Cy-OASTL complex model showed that Lys, Thr81, Thr77 and Gln150 demonstrated higher attraction force for Cys but 3H4P-mimosine synthase-OAS intermediate complex showed that Gly230, Tyr227, Ala231, Gly228 and Gly232 might provide higher attraction energy for the Mim. It may be concluded that Cy-OASTL demonstrates a dual role in biosynthesis both Cys and Mim and extending the knowledge on the biochemical regulatory mechanism of mimosine and cysteine.
Background: Ginsenoside Rg1 (Rg1) is one of the main active components in Chinese medicines, Panax ginseng and Panax notoginseng. Research has shown that Rg1 has a protective effect on the cardiovascular system, including anti-myocardial ischemia-reperfusion injury, anti-apoptosis, and promotion of myocardial angiogenesis, suggesting it a potential cardiovascular agent. However, the protective mechanism involved is still not fully understood. Methods: Based on network pharmacology, ligand-based protein docking, proteomics, Western blot, protein recombination and spectroscopic analysis (UV-Vis and fluorescence spectra) techniques, potential targets and pathways for Rg1 against myocardial ischemia (MI) were screened and explored. Results: An important target set containing 19 proteins was constructed. Two target proteins with more favorable binding activity for Rg1 against MI were further identified by molecular docking, including mitogen-activated protein kinase 1 (MAPK1) and adenosine kinase (ADK). Meanwhile, Rg1 intervention on H9c2 cells injured by H2O2 showed an inhibitory oxidative phosphorylation (OXPHOS) pathway. The inhibition of Rg1 on MAPK1 and OXPHOS pathway was confirmed by Western blot assay. By protein recombination and spectroscopic analysis, the binding reaction between ADK and Rg1 was also evaluated. Conclusion: Rg1 can effectively alleviate cardiomyocytes oxidative stress injury via targeting MAPK1 and ADK, and inhibiting oxidative phosphorylation (OXPHOS) pathway. The present study provides scientific basis for the clinical application of the natural active ingredient, Rg1, and also gives rise to a methodological reference to the searching of action targets and pathways of other natural active ingredients.
Tuberculosis is a worldwide epidemic disease caused by Mycobacterium tuberculosis, with an estimated one-third of the human population currently affected. Treatment of this disease with aminoglycoside antibiotics has become less effective owing to antibiotic resistance. Recent determination of the crystal structure of the M. tuberculosis Rv3168 protein suggests a structure similar to that of Enterococcus faecalis APH(3')-IIIa, and that this protein may be an aminoglycoside phosphotransferase. To determine whether Rv3168 confers antibiotic resistance against kanamycin, we performed dose-response antibiotic resistance experiments using kanamycin. Expression of the Rv3168 protein in Escherichia coli conferred antibiotic resistance against $100{\mu}M$ kanamycin, a concentration that effected cell growth arrest in the parental E. coli strain and an E. coli strain expressing the $Rv3168^{D249A}$ mutant, in which the catalytic Asp249 residue was mutated to alanine. Furthermore, we detected phosphotransferase activity of Rv3168 against kanamycin as a substrate. Moreover, docking simulation of kanamycin into the Rv3168 structure suggests that kanamycin fits well into the substrate binding pocket of the protein, and that the phosphorylation-hydroxyl-group of kanamycin was located at a position similar to that in E. faecalis APH(3')-IIIa. On the basis of these results, we suggest that the Rv3168 mediates kanamycin resistance in M. tuberculosis, likely through phosphotransferase targeting of kanamycin.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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