Uji In silico Pengaruh 7, 8-Dihydroxyflavone Terhadap Sintesis Glutamat Melalui Inhibisi Enzim Glutaminase dan Gamma-glutamyl Transferase

Adnani, Basyar and Prof. Dr. dr. Yuyun Y.P. W,, M. Kes, Sp. Rad (K) and Dr. dr. Shahdevi Nandar Kurniawan,, SpS(K) (2022) Uji In silico Pengaruh 7, 8-Dihydroxyflavone Terhadap Sintesis Glutamat Melalui Inhibisi Enzim Glutaminase dan Gamma-glutamyl Transferase. Magister thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Stroke merupakan bentuk cidera akut pada sistem saraf pusat yang dapat menyebabkan kematian sel otak. Stroke iskemik menduduki 80% dari seluruh penderita stroke. Proses terjadinya stroke iskemik dapat melalui beberapa jalur patofisiologi, seperti kehilangan oksigen dan glukosa, neuroinflamasi, stress oksidative, nekrosis dan apoptosis sel, gangguan pada blood brain barrier, cedera reperfusi, atau eksitotoksisitas dari glutamat. Terapi stroke iskemik yang saat ini banyak digunakan yaitu pemberian trombolitik dengan dengan Rt-tpa. Walaupun terapi ini efektif dalam mengatasi stroke iskemik, namun hanya sedikit pasien yang memenuhi syarat untuk dilakukan terapi. Oleh karena itu tubuh membutuhkan terapi lain diantaranya adalah neuroprotektan. Salah satu neuroprotektan alami yang telah banyak diteliti manfaatnya adalah 7,8-Dihydroxyflavone. Penelitian mengenai pengaruh dari 7,8-DHF terhadap sintesis dan metabolisme glutamat sudah banyak diteliti, namun mekanisme yang mendasarinya masih belum banyak dijelaskan. Dari hasil analisis prediksi bioaktivitas dari senyawa 7,8-DHF ditemukan bahwa senyawa ini memiliki sifat sebagai inhibitor enzim. Enzim yang berhubungan langsung dengan sintesis glutamat yaitu enzim glutaminase yang mengubah glutamine menjadi glutamat, serta gamma-glutamyl transferase yang mengubah glutathione menjadi glutamat, sistein, dan glisin. Penelitian in silico dilakukan untuk mengkonfirmasi prediksi tersebut dengan melakukan interaksi molekuler secara komputasional antara 7,8-DHF dan kedua enzim sintesis glutamate, serta menganalisis kemampuan bioavaibilitas obat dengan menguji efek farmakodinamik, farmakokinetik, serta potensi avaibilitas obat secara oral. Data variabel bebas dalam penelitian ini, yaitu senyawa 7,8-DHF didapatkan dari PubChem (CID: 1880). Sedangkan struktur makromolekul dari variabel terikat, yaitu enzim glutaminase (ID: 5JYO) dan gamma-glutamyl transferase (2DG5) didapatkan dari protein data bank. Komponen yang mempengaruhi fungsi dari ikatan enzim dengan senyawa adalah binding affinity yang didapatkan melalui proses docking. Selain itu pengujian kelayakan obat dari 7,8-DHF juga dilakukan untuk memastikan senyawa ini aman untuk dikonsumsi kedepannya. Uji kelayakan tersebut meliputi uji farmakodinamik untuk menilai prediksi fungsi obat dengan situs PASSonline dan molinspiration; uji farmakokinetik untuk menilai kemampuan absorbsi di usus, kemampuan menembus sawar darah otak, serta merupakan substrat PGP (P-Glycoprotein: senyawa yang mampu menghambat solubilitas obat) atau bukan dengan uji SwissAdme dan PreADMET; uji farmakokinetik untuk menilai kemampuan ekskresi dan tingkat toksisitas melalui uji pkCSM; serta uji farmakokinetik kemampuan bioavaibilitas oral dengan uji Lipinski rule of five. Hasil uji farmakodinamik dari 7,8-DHF sebagai inhibitor dari enzim glutaminase dan gamma-glutamyl transferase menunjukkan nilai probable activity (pa) jauh lebih besar dari nilai probable inactivity (pi) yang menunjukkan prediksi kesesuaian aktivitasnya tinggi. Hasil uji farmakokinetik 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. Uji ekskresi menunjukkan senyawa ini tidak memperberat kerja ginjal dengan nilai klirens normal dan tidak mengandung substrat OCT2. Hasil uji toksisitas juga menunjukkan bahwa 7,8-DHF diprediksi tidak toksik, bukan senyawa mutagenik dan tidak bekerja sebagai karsinogen. Uji Lipinski juga menunjukkan tidak adanya pelanggaran terhadap kriteria Lipinski sehingga senyawa ini berpotensi tinggi untuk dijadikan sebagai obat oral baru. Adapun hasil dari molecular docking menunjukkan 7,8-DHF memiliki nilai binding affinity terhadap kedua enzim yang lebih tinggi dibandingkan dengan native ligand. Hal ini menunjukkan bahwa 7,8-DHF memiliki ikatan dan stabilitas yang baik terhadap protein target dibandingkan native ligand, sehingga dapat menjalankan fungsinya sebagai inhibitor aktivitas enzim.Hasil penelitian juga menunjukkan terdapat beberapa ikatan antara residu asam amino yang sama antara glutaminase-native ligand dengan ikatan glutaminase-7,8-DHF yaitu Leu321, Phe322, Leu323, Asn324, Glu325, Asp327 dan Tyr394. Adapun resiu asam amino yang sama antara ikatan GGT-native ligand dengan ikatan GGT-7,8-DHF yaitu Arg486. Adanya residu asam amino yang sama menunjukkan bahwa 7,8-DHF memiliki kemiripan dengan native ligand untuk menghambat enzim glutaminase dan gammaglutamyl transferase sehingga dapat menghasilkan efek serupa sebagai penghambat sintesis glutamate dan mengurangi proses eksitotoksisitas

English Abstract

A stroke is a form of acute central nervous system injury that can result in brain cell death. Eighty percent of all stroke patients are affected by ischemic stroke. Several pathophysiological pathways can contribute to the occurrence of an ischemic stroke, including oxygen and glucose loss, neuroinflammation, oxidative stress, cell necrosis and apoptosis, disruption of the blood-brain barrier, reperfusion injury, and glutamate excitotoxicity. Thrombolytic administration with Rt-tpa is currently the most common treatment for ischemic stroke. Although this therapy is effective for the treatment of ischemic stroke, only a limited number of patients qualify for treatment. Consequently, the body requires additional therapies, such as neuroprotectants. 7,8-Dihydroxyflavone is one of the natural neuroprotectants whose benefits have been extensively studied. The effect of 7,8-DHF on glutamate synthesis and metabolism has been intensively studied, but the underlying mechanism has not been completely elucidated. Based on the results of a predictive analysis of the bioactivity of the 7,8-DHF compound, it has been determined that it inhibits enzymes. Enzymes that are directly associated with glutamate synthesis include glutaminase enzymes, which convert glutamine to glutamate, and gamma-glutamyl transferase, which converts glutathione to glutamate, cysteine, and glycine. An in silico study was conducted to confirm these hypotheses by performing a computational molecular interaction between 7,8-DHF and the two glutamate synthesis enzymes, and by analyzing the drug's bioavailability by testing its pharmacodynamic, pharmacokinetic, and potential oral drug availability. The data on the independent variable, 7,8-DHF, for this study were obtained from PubChem (CID: 1880). The macromolecular structures of the dependent variable, glutaminase (ID: 5JYO) and gamma-glutamyl transferase (2DG5), have been obtained from the protein data bank. The docking-obtained binding affinity influences the function of the enzyme-compound bond. In addition, the viability of drugs derived from 7,8-DHF was evaluated to ensure that this compound will be safe for human consumption in the future. The feasibility tests include pharmacodynamic tests to assess predictive function of drugs with PASSonline and molinspiration sites; pharmacokinetic test to assess the ability of absorption in the intestines, the ability to penetrate the blood brain barrier, as well as being a substrate for PGP (P-Glycoprotein: a compound capable of inhibiting drug solubility) or not with SwissAdme and PreADMET tests; pharmacokinetic test to assess excretory ability and toxicity level through pkCSM test; and pharmacokinetic oral bioavailability test using the Lipinski rule of five test. The pharmacodynamic test results of 7,8-DHF as an inhibitor of glutaminase and gamma-glutamyl transferase revealed that the probable activity (pa) value was significantly greater than the probable inactivity (pi) value, indicating a high predictive suitability of activity. The results of the pharmacokinetic tests revealed that 7,8-DHF has a high intestinal absorption rate (70-100%), can cross the blood brain barrier in the moderate category, and binds strongly to plasma proteins. The excretion test revealed that this compound did not aggravate kidney function and did not contain OCT2 substrate. The toxicity test results also revealed that 7,8-DHF was predicted to be non-toxic, not mutagenic, and not a carcinogen. The Lipinski test also revealed no violations of the Lipinski criteria, indicating that this compound had a high potential for use as a new oral drug. Molecular docking results revealed that 7,8-DHF had a higher binding affinity for the two enzymes than the native ligand. This demonstrates that 7,8-DHF has better binding and stability to the target protein than the native ligand, allowing it to function as an inhibitor of enzyme activity. In addition, the results demonstrated the existence of multiple bonds between glutaminase-native ligands and glutaminase-7,8-DHF bonds, namely Leu321, Phe322, Leu323, Asn324, Glu325, Asp327, and Tyr394. Arg486 is the same amino acid residue between the GGT-native ligand bond and the GGT-7,8-DHF bond. The presence of the same amino acid residue suggests that 7,8-DHF shares similarities with native ligands that inhibit glutaminase and gamma-glutamyl transferase enzymes, allowing it to produce the same effect as an inhibitor of glutamate synthesis and reduce the excitotoxicity process

Item Type:	Thesis (Magister)
Identification Number:	0422060077
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:	Budi Wahyono Wahyono
Date Deposited:	24 May 2023 06:54
Last Modified:	24 May 2023 06:54
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/200232

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

Actions (login required)

View Item