سنتز و ارزیابی بیولوژیک مشتقات ایندول-چالکون به عنوان ترکیبات مهارکننده پلیمریزاسیون توبولین Synthesis and biological evaluation of indole-chalcones as tubulin polymerization inhibitors

میرزایی, حسن (2018) سنتز و ارزیابی بیولوژیک مشتقات ایندول-چالکون به عنوان ترکیبات مهارکننده پلیمریزاسیون توبولین Synthesis and biological evaluation of indole-chalcones as tubulin polymerization inhibitors. Post-Doctoral thesis, دانشکده داروسازی.

Full text not available from this repository.

Abstract

Background and purpose: Chalcones are promising lead for anticancer drug design and discovery. Chalcones with different mechanisms including tubulin polymerization inhibition induce apoptosis in cancer cells. The aim of current work was synthesis of indole-chalcone derivatives and investigation of their biological evluation, as well as molecular docking and dynamics simulation study with the proposed target tubulin. Materials and methods: The indole-chalcone derivatives 9a-m were prepared by the reaction of substituted benzene with 3-acetylindole or N-methyl-3-acetyl-indole in the presence of LiOH as catalyst. The obtained pure compounds were characterized by using 1H NMR, 13C NMR, IR, and Mass spectroscopy. The cytotoxic activity of synthesized compounds was tested using MTT assay toward three cancer cell lines (A-549, MCF-7 and SKOV-3) and a normal cell line (NIH-3T3). In this study, the effect of compounds 9b, 9c and 9k on tubulin polymerization inhibition at different concentrations was investigated. In order to clarify the potential of compounds for the ability of mitochondrial thiol reduction, the total content of mitochondrial thiol (GSH) of compounds 9b, 9c and 9k was evaluated in vitro. To evaluate the cell death pattern, apoptosis analysis was performed by flow cytometry with annexinV-propidium iodide kit. Furthermore, the cell cycle analysis was evaluated using flow cytometry. Molecular docking was performed by using AutoDock 4.2 software to evaluate potential mechanism and interactions of chalcone compounds with the tubulin (1SA0) binding site. Morover, molecular dynamics simulation was carried out for 10 ns to determine the stability of protein structure in complex with the best pose docked of compound, and survey their dynamic behavior. Results: The 1H NMR spectra of compounds showed two doublets related to the vinylic protons with coupling constant value of 15.6 Hz, demonstrating trans configuration of the compounds. Cytotoxicity assay showed that these compounds had a significant effect against viability of cancer cells. Compound 9b with IC50 value of 4.3 μg/ml (10.7 μM) against A-549 had the most potent cytotoxic effect. Furthermore, this compound had no significant cytotoxic effect against normal cell line. Also, compounds of 9d and 9l with IC50 equal to 11.7μg / ml (29.2μM) and 7.8μg / ml (23.1μM) have the highest cell cytotoxicity, towards MCF-7 and SKOV-3 respectively. The obtained results of tubulin polymerization inhibition showed that the compound 9b with IC50 equal to 7.1 μg/ml effectively inhibited the polymerization of tubulin in a concentration-dependent dose. The results of the total mitochondrial thiol content (GSH) displayed that the amount of reduced mitochondrial thiol content for Compound 9b is much higher than curcumin (standard) and other compounds (p <0.05). Compound 9b significantly induced apoptosis at 19.1 and 24.2% in concentrations of 25 and 50 μg/ml, compared with untreated cells (negative control) and etoposide as positive control. The results of cell cycle analysis indicated that compound 9b can significantly induce S-phase arrest and also inhibit the entry to G2/M-phase and induced apoptosis in the A-549 cell line. Docking analysis showed that compound 9b is bound to the colchicine binding site of tubulin via hydrogen and hydrophobic interactions. Molecular dynamics analysis displayed that the structure of the complex of protein with compound 9b was stable during simulation and compound 9b remains attached to the tubulin protein. Conclusion: The indole-derived chalcones had significant cytotoxicity with good selectivity against cancer cells. The N-methyl-indole analog 9b showed better profile of activity against tested cell lines. It is well established that our chalcone dervatives could inhibit tubulin polymerization and result in the cell cycle arrest and ultimately induce apoptosis in tumor cells. Therefore, this analoges can be considered as a lead compound for further optimization and development of potent anticancer agents سابقه و هدف: چالکون‌ها الگویی برای طراحی و کشف داروهای ضدسرطان هستند و با مکانیسم‌های مختلف ازجمله مهار پلیمریزاسیون توبولین باعث القای آپوپتوز و مهار رشد سلول‌های سرطانی می‌گردند. مطالعه حاضر در راستای سنتز 13 ترکیب چالکونی، ارزیابی بیولوژیک و همچنین مطالعه داکینگ و شبیه سازی دینامیک ملکولی این ترکیبات به انجام رسیده است. مواد و روش‌ها: از واکنش آلدهیدهای استخلاف دار با 3- استیل ایندول یا N-متیل-3-استیل ایندول در حضور لیتیم هیدروکسید ترکیبات چالکونی تهیه شدند و ساختار آنها با استفاده از طیف‌های NMR ، IR و Mass مورد تایید قرار گرفت. سمیت سلولی این ترکیبات با روش MTT بر روی رده‌های سلول سرطانی MCF-7، A-549 و SKOV-3 و هم چنین روی رده سلولی نرمال NIH-3T3 و در مقایسه با اتوپوزید بررسی شد. در اين تحقيق تاثير ترکیبات 9b، 9c و 9k در مهار پلیمریزاسیون توبولین در غلظت های مختلف 5/4، 9، 18، 50 و 100 میکروگرم در میلی لیتر در طول موج 350 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در شرایط آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. محتوای کل تیول میتوکندری (GSH) ترکیبات 9b، 9c و 9k در شرایط آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز آپوپتوز به وسیله دستگاه فلوسایتومتري با کیت انکسینV- پروپیدیوم یدید انجام گرفت. در این مطالعه چرخة سلولي با دستگاه فلوسايتومتر نیز مورد بررسی قرار گرفت سپس با استفاده از نرم افزار AutoDock 4.2 برهمکنش‌های این ترکیبات با پروتئین توبولین (1SA0) ارزیابی گردید. شبیه سازی دینامیک ملکولی به مدت 10 نانوثانیه برای تعیین پایداری ساختار کمپلکس پروتئین با ترکیب 9b و هم چنین بررسی رفتار دینامیکی کمپلکس انجام شد. یافته‌ها: بر اساس طیف سنجی 1H NMR و با توجه به ثابت کوپلاژ هیدروژن‌های وینیلی(J=15.6 Hz) ، چالکون های سنتز شده از کانفیگوراسیون ترانس برخوردار هستند. نتایج حاصل از آزمون سمیت سلولی نشان داد که این ترکیبات اثر قابل توجهی در مهار سلول‌های سرطانی دارند. ترکیب 9b با IC50 برابر با 3/4 میکروگرم در میلی‌لیتر (8/11 میکرو مولار) بیشترین فعالیت را روی رده سلولی A-549 داشت. ضمن اینکه ترکیب فوق الذکر فاقد اثر سمی قابل توجه روی رده سلولی نرمال NIH-3T3بود. هم چنین ترکیب های 9d و 9l با IC50 برابر با 7/11میکروگرم در میلی‌لیتر (2/29 میکرو مولار) و 8/7 میکروگرم در میلی‌لیتر (1/23 میکرو مولار) بیشترین سمیت سلولی را به ترتیب روی رده های سلولی MCF-7 و SKOV-3 داشت. نتايج آزمون مهار پلیمریزاسیون توبولین نشان داد ترکیب 9b، با IC50 برابر با 1/7 میکروگرم در میلی‌لیتر به طور موثری پلیمریزاسیون توبولین را در یک دوز وابسته به غلظت مهار می کند. نتایج نشان داد که میزان کاهش محتوای تیول میتوکندری ترکیب 9b خیلی بیشتر از کورکومین و سایر ترکیبات می باشد .(p<0.05) ترکیب 9b به طور معنی داری باعث القای آپوپتوز به میزان 1/19 و 2/24 درصد درغلظت های 25 و 50 میکروگرم در میلی لیتر در مقایسه با سلول های مواجهه نشده (کنترل منفی) و اتوپوزاید به عنوان کنترل مثبت گردید. نتايج آنالیز چرخه سلولی نشان داد که ترکیب 9b سبب مهار چرخة سلولي در مرحلة S و القاء آپوپتوز در ردة سلولي A-549 می گردد. هم چنین آنالیز داکینگ نشان داد که ترکیب 9b با برهمکنش‌های هیدروژنی و هیدروفوبیک با ریشه‌های اسید آمینه موجود درجایگاه اتصال کلشی‌سین در پروتئین توبولین (1SA0) ارتباط برقرار می‌کند. آنالیز نتايج حاصل از شبیه سازی دینامیک ملکولی نشان داد كه ساختار کمپلکس پروتیئن با ترکیب 9b در زمان شبیه سازی پایدار می باشد. استنتاج: ترکیبات ایندول-چالکونی سنتزشده می‌توانند بصورت اختصاصی رشد سلول‌های سرطانی را مهار نمایند. آنالوگ برومووانیلین-N-متیل ایندول (ترکیب 9b) پروفایل اثر بهتری را روی سلول‌های سرطانی مورد آزمایش نشان داد. براساس داده هاي به دست آمده از مطالعه حاضر می توان استنباط کرد که این مشتقات چالکونی ازطريـق ممانعــت در پليمرازســيون توبــولين باعــث القــا آپوپتوزيس درسلولهاي توموري ميگردد و در نهايت منجر به توقف سيكل سلولي (arrest)می شوند. لذا این ترکیبات می‌تواند به عنوان الگویی ساختاری برای بهینه سازی و توسعه ترکیبات قوی ضدسرطان مورد توجه قرار گیرند.

Item Type: Thesis (Post-Doctoral)
Uncontrolled Keywords: چالکون، ترکیبات ضدسرطان، تست MTT، پلیمریزاسیون توبولین ، chalcone, anticancer agents, MTT assay, tubulin polymerization, apotosis, cell cycle.چرخه سلولی ، آپوپتوژ، ، شبیه سازی
Subjects: R Medicine > RM Therapeutics. Pharmacology
Divisions: Faculty of Medicine, Health and Life Sciences > School of Medicine
Depositing User: Unnamed user with email eprints@mazums.ac.ir
Date Deposited: 09 Jan 2019 05:25
Last Modified: 09 Jan 2019 05:25
URI: http://eprints.mazums.ac.ir/id/eprint/4168

Actions (login required)

View Item View Item