Potensi 7,8-Dihydroxyflavone dalam Menstimulasi Tyrosine Receptor Kinase B dan Tyrosine Receptor Kinase C Pada Stroke Iskemik secara In Silico

Muhammad, Rislan Faiz and Prof. Dr. dr. Yuyun Y.P.W,, M.Kes, Sp.Rad (K) and Dr. Husnul Khotimah,, S.Si, M.Kes (2022) Potensi 7,8-Dihydroxyflavone dalam Menstimulasi Tyrosine Receptor Kinase B dan Tyrosine Receptor Kinase C Pada Stroke Iskemik secara In Silico. Magister thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Stroke merupakan salah satu penyakit tidak menular dengan tingkat kematian yang tinggi di seluruh dunia, diklasifikasikan menjadi stroke iskemik dan hemoragik. Stroke iskemik merupakan jenis yang paling sering terjadi dan diperngaruhi oleh berbagai faktor seperti usia, hipertensi, aktivitas fisik rendah, hiperlipidemiaa, merokok, diabetes mellitus, dan faktor lainnya. Kombinasi berbagai faktor risiko ini selanjutnya dapat mengakibatkan aliran darah menuju otak terhambat sehingga neuron mengalami kekurangan oksigen dan energi, lalu tejadi mekanisme kompensasi dengan metabolisme anaerob. Metabolisme ini menghasillkan adenosine triphosphate (ATP) lebih sedikit, namun melepaskan produk lain seperti asam laktat yang dapat mengganggu keseimbangan asam-basa di otak dan pada akhirnya berpotensi menyebabkan kerusakan sel. Selain itu, pada stroke iskemik terjadi penurunan glukosa yang menyebabkan kegagalan energy-dependent process untuk survival sel. Terapi stroke iskemik yang saat ini banyak digunakan yaitu trombolitik dengan intravenous thrombolysis (IVT) dan endovascular therapy (EVT). Walaupun terapi ini efektif dalam mengatasi stroke iskemik, namun hanya sedikit pasien yang memenuhi syarat untuk dilakukan terapi. Selain itu, kedua IVT dan EVT diketahui memiliki efek samping seperti hemoragik intrakranial. Dalam hal lain, sel dapat merespon kerusakan otak akibat stroke iskemik melalui aktivasi neurotropin endogen, namun jumah yang dihasilkan tidak mampu untuk mengompensasi kerusakan yang dihasilkan. Tyrosine kinase B (TrkB) dsignaling diketahui berperan penting dalam mekanisme protektif yang diinduksi kerusakan otak, serta merupakan regulator neuronal survival. TrkB terutama diaktivasi oleh bain-derived neurotrophic factor (BDNF), yang kemudian mengaktivasi jalur pensinyalan phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), mitogen activated protein kinase (MAPK) dan Phospholipase C-γ (PLC-γ) melalui autofosforilasi dan dimerisasi reseptor untuk meningkatkan perkembangan dan survival sel, serta plastisitas sinaps. Reseptor lain yang diketahui memiliki mekanisme aktivasi serupa dengan TrkB adalah TrkC yang dapat diaktivasi oleh Neurotrophin-3 (NT-3), dimana diketahui NT-3 juga dapat berikatan dengan BDNF. Berdasarkan hal ini, TrkC diketahui dapat memberikan efek neurotropik seperti reseptor TrkB. Salah satu senyawa yang diketahui memiliki cara kerja mirip dengan BDNF yaitu 7,8-Dihydroxyflavone, merupakan monomer flavon alami pada Godmania aesculifolia, Tridax procumbens, dan spesie Primula. Senyawa ini merupakan agonis TrkB afinitas tinggi yang dapat melintasi blood brain barrier serta memicu fosforilasi TrkB sehingga dapat menstimulasi mekanisme pensinyalan untuk survival neuron. Penelitian in silico dilakukan untuk mengetahui mekanisme molekuler suatu senyawa potensial yang dapat bermanfaat dalam penemuan dan pengembangan berbagai obat. Variabel bebas dalam penelitian ini yaitu ligan 7,8-DHF yang diunduh dari situs PubChem (CID: 1880), sedangkan variabel terikat yaitu nilai binding affinity antara 7,8-DHF dengan protein target TrkB (ID: 4AT5) dan TrkC (ID: 6KZC). Penelitian ini juga membandingkan binding affinity serta residu asam amino antara ikatan protein-native ligand dengan ikatan protein-7,8-DHF. Terdapat beberapa pengujian dalam penelitian ini, yaitu uji farmakodinamik menggunakan situs PASS online, uji farmakokinetik menggunakan situs PreADMET dan pkCSM, uji Lipinski, serta molecular docking. Hasil uji farmakodinamik dalam penelitian ini yaitu nilai probable activity (pa) 7,8-DHF <0,5 namun lebih besar dari nilai probable inactivity (pi), menunjukkan bahwa 7,8-DHF baik sebagai tyrosine kinase stimulant, namun memiliki nilai eksperimental yang rendah. Adapun hasil uji famakokinetik menunjukkan bahwa 7,8-DHF memiliki tingkat absorpsi intestine yang tinggi (70-100%), dapat melewati blood brain barrier kategori sedang, serta berikatan kuat dengan protein plasma. Hasil uji toksisitas juga menunjukkan bahwa 7,8-DHF diprediksi tidak toksik, bukan senyawa mutagenik dan tidak bekerja sebagai karsinogen. 7,8-DHF juga memenuhi semua kriteria lipinski, sehingga senyawa ini ix sangat potensial untuk dijadikan sebagai kandidat obat baru. Adapun hasil binding affinity antara TrkB dengan native ligand yaitu -5 Kcal/mol, lebih besar dari ikatan dengan 7,8-DHF yaitu -9.4 Kcal/mol. Namun binding affinity antara TrkC dengan native ligand (-10.6 Kcal/mol) lebih rendah dari ikatan dengan 7,8-DHF (-9 Kcal/mol). Hasil binding affinity yang rendah menunjukkan bahwa 7,8-DHF memiliki ikatan kuat dengan protein target, sehingga dapat bekerja sebagai tyrosine kinase stimulant yang baik. Hasil penelitian ini juga menunjukkan terdapat beberapa residu asam amino yang sama antara ikatan TrkB-native ligand dengan ikatan TrkB-7,8-DHF yaitu Phe633, Leu699, Leu608, dan Val617. Adapun residu asam amino yang sama antara ikatan TrkC-native ligand dengan ikatan TrkC-7,8-DHF yaitu Val552, Ala570, Leu686, dan Leu544. Adanya residu asam amino yang sama ini menunjukkan bahwa 7,8-DHF memiliki kemiripan dengan native ligand dalam mengaktivasi TrkB dan TrkC sehingga dapat menghasilkan efek serupa seperti ikatan dengan ligan aslinya dan menstimulasi jalur pensinyalan untuk survival neuron.

English Abstract

Stroke is a non-communicable disease with high mortality rate worldwide, classified into ischemic and hemorrhagic stroke. Ischemic stroke is the most common type and it is influenced by various factors such as age, hypertension, low physical activity, hyperlipidemia, smoking, diabetes mellitus, and other factors. The combination of these various risk factors can further impede blood flow to the brain so that neurons experience a lack of oxygen and energy, then anaerobic metabolism occurs as a compensatory mechanism. This metabolism produces less adenosine triphosphate (ATP), but releases other products such as lactic acid which can disrupt the acid-base balance in the brain and potentially cause cell damage. In addition, there is a glucose decrease in ischemic stroke which causes failure of energy-dependent processes for cell survival. Ischemic stroke therapy that currently used is thrombolytic with intravenous thrombolysis (IVT) and endovascular therapy (EVT). Although this therapy is effective in treating ischemic stroke, only a few patients are eligible for therapy. In addition, both IVT and EVT are known to have side effects such as intracranial hemorrhage. On the other hand, cells may respond to brain damage from ischemic stroke through activation of endogenous neurotrophins, but the amount produced is unable to compensate for the resulting damage. Tyrosine kinase B (TrkB) signaling is known to play an important role in protective mechanisms induced by brain damage, as well as a regulator of neuronal survival. TrkB is primarily activated by bain-derived neurotrophic factor (BDNF), which then activates the signaling pathways phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), mitogen activated protein kinase (MAPK) and Phospholipase C-γ (PLC-γ) via autophosphorylation and receptor dimerization to increase cell development and survival, and synaptic plasticity. Another receptor known to have a similar activation mechanism to TrkB is TrkC which can be activated by Neurotrophin-3 (NT-3), where it is known that NT-3 can also bind to BDNF. Based on this, TrkC is known to exert neurotrophic effects like TrkB receptors. 7,8-Dihydroxyflavone, a natural flavone monomer in Godmania aesculifolia, Tridax procumbens, and Primula species is known to work similarly to BDNF. This compound is a high affinity TrkB agonist that can cross the blood brain barrier and trigger phosphorylation of TrkB so that it can stimulate signaling mechanisms for neuronal survival. In silico research was conducted to determine the molecular mechanism of a potential compound that could be useful in iscovery and development of various drugs. The independent variable in this study was the 7,8-DHF ligand downloaded from the PubChem website (CID: 1880), while the dependent variable was the binding affinity value between 7,8-DHF with the target proteins TrkB (ID: 4AT5) and TrkC (ID: 6KZC). This study also compared the binding affinity and amino acid residues between protein-native ligand binding and protein-7,8-DHF binding. There were several tests in this study, namely pharmacodynamic tests using the online PASS site, pharmacokinetic tests using PreADMET and pkCSM sites, Lipinski tests, and molecular docking. The results of the pharmacodynamic test in this study were the probable activity (pa) value of 7.8-DHF <0.5 but greater than the probable inactivity (pi) value, indicating that 7.8-DHF was good as a tyrosine kinase stimulant, but had low experimental value. The pharmacokinetic test results showed that 7,8-DHF had a high intestinal absorption rate (70-100%), could cross the blood brain barrier in moderate category, and bond strongly to plasma proteins. The toxicity results showed that 7,8-DHF was predicted to be non-toxic, not a mutagenic compound and not to act as a carcinogen. 7,8-DHF also fulfills all of Lipinski's criteria, so this compound was very potential to be used as a new drug candidate. The binding affinity between TrkB and native ligand is -5 Kcal/mol, greater than the bond with 7.8-DHF, which is -9.4 Kcal/mol. However, the binding affinity between TrkC and the native ligand (-10.6 Kcal/mol) was lower than the bond with 7.8-DHF (-9 Kcal/mol). The xi results of low binding affinity indicated that 7,8-DHF has strong binding to the target protein, so it can work as a good tyrosine kinase stimulant. This study showed that there were the same several amino acid residues between TrkB-native ligand and TrkB-7,8-DHF bond, namely Phe633, Leu699, Leu608, and Val617. The same amino acid residues between TrkC-native ligand and TrkC-7,8-DHF bond were Val552, Ala570, Leu686, and Leu544. The presence of this same amino acid residue indicated that 7,8-DHF had similarities with the native ligand in activating TrkB and TrkC so that it could produce similar effects as binding to the original ligand and stimulate signaling pathways for neuronal survival.

Other obstract

-

Item Type:	Thesis (Magister)
Identification Number:	0422060179
Subjects:	600 Technology (Applied sciences) > 616 Diseases > 616.02 Special topics of disease > 616.025 Medical emergencies / Emergency medicine / Emergency nursing / Triage (Medicine)
Divisions:	S2/S3 > Magister Ilmu Biomedis, Fakultas Kedokteran
Depositing User:	Endang Susworini
Date Deposited:	09 May 2023 04:16
Last Modified:	09 May 2023 04:16
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/199084

Text (DALAM MASA EMBARGO) Rislan Faiz Muhammad.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2024. Download (4MB)

Actions (login required)

View Item