Sistem Biyolojisi ve Moleküler Yerleştirme Yaklaşımı Yoluyla FDA Onaylı İlaçlar Arasında Leishmania major’a Karşı Yeni Piruvat Kinaz İnhibitörlerinin Keşfi

Discovery of Novel Pyruvate Kinase Inhibitors Against Leishmania major Among FDA Approved Drugs Through System Biology and Molecular Docking Approach

Nasrin AMIRI-DASHATAN,Mostafa Rezaei TAVIRANI,Mohammad Mehdi RANJBAR,Mehdi KOUSHKI,Seyed Dawood MOUSAVI NASAB,Nayebali AHMADI

Abstract

Amaç: Leishmaniasis, herhangi bir etkili tedavi stratejisi olmadan dünya çapında bir hastalık yüküne neden olan ihmal edilmiş paraziter hastalıkların yaygın formlarından biridir. Mevcut ilaçların çoğu toksik yan etkilere sahip olduğundan ve ilaca dirençli suşlar ortaya çıktığından, hastalığın kontrolü şu anda kemoterapiye dayanmaktadır. Bu nedenle, leishmaniasis hastalarını tedavi etmek için yeni terapötik stratejilerin geliştirilmesi bir öncelik haline gelmiştir. İlaç keşfinde ilk adım, sistem biyolojisi gibi yöntemlerle etkili bir ilaç hedefi belirlemektir. Protein kinazlar, farklı hastalıklar için umut verici bir ilaç hedefidir. Leishmania türlerinde fonksiyonel bir krebs döngüsü olmaması nedeniyle, ATP üretiminin tek kaynağı olarak glikoliz kullanırlar. Gereç ve Yöntemler: Bu çalışma, leishmania piruvat kinaz proteinine karşı Gıda ve İlaç İdaresi onaylı bileşikleri keşfetmeyi amaçlamıştır. Yaklaşım, nicel proteomikler, protein etkileşim ağları ve yeni ilaç hedeflerini ve güçlü inhibitörleri tespit etmek için yerleştirmeyi içermiştir. Bulgular: Protein ağı analizine dayalı olarak potansiyel ilaç hedefi olarak piruvat kinaz belirlenmiştir. Docking çalışmaları, L. major’a karşı potansiyel kemoterapötik ajanlar olarak sırasıyla -10,4 ve -10,3 kcal/mol’lük yüksek bağlanma enerjilerine sahip trametinib ve irinotekanı önermiştir. Sonuç: Bu çalışma, yeni anti-leishmanial ilaçları tanımlamak için protein ağı analizini ve moleküler yerleştirmeyi entegre etmenin önemini göstermiştir. Bu potansiyel inhibitörler, leishmaniasis tedavisinde alternatif bir kemoterapi olarak potansiyellerini belirlemek için in vitro ve in vivo olarak test edilmesi gereken yeni ilaç adaylarını oluşturmaktadır.

Özet

Objectives: Leishmaniasis is one of the common forms of neglected parasitic diseases that cause a worldwide disease burden without any effective therapeutic strategy. Control of the disease currently relies on chemotherapy because most of the available drugs have toxic side-effects and drugresistant strains have emerged. Therefore, the development of new therapeutic strategies to treat patients for leishmaniasis has become a priority. The first step in drug discovery is to identify an effective drug target by methods such as system biology. Protein kinases are a promising drug target for different diseases. Due to lack of a functional krebs cycle in Leishmania species, they use glycolysis as the only source of ATP generation. Pyruvate kinase is the enzyme involved in the last step of glycolysis and considered as essential enzyme for the Leishmania survival. Materials and Methods: This study sought to discover FDA approved compounds against the leishmanial pyruvate kinase protein. Our approach involved using quantitative proteomics, protein interaction networks and docking to detect new drug targets and potent inhibitors. Results: Pyruvate kinase was determined as the potential drug target based on protein network analysis. The docking studies suggested trametinib and irinotecan with high binding energies of -10.4 and -10.3 kcal/mol, respectively, as the potential chemotherapeutic agents against L. major. Conclusion: This study demonstrated the importance of integrating protein network analysis and molecular docking to identify new anti-leishmanial drugs. These potential inhibitors constitute novel drug candidates that should be tested in vitro and in vivo to determine their potential as an alternative chemotherapy in the treatment of leishmaniasis.