[논문]Flavopiridol 유도체에 의한 유방암 MCF-7 세포의 저해 활성에 관한 구조와 활성과의 관계

성민규; 주성모; 송아름; 성낙도

Flavopiridol 유도체에 의한 유방암 MCF-7 세포의 저해 활성에 관한 구조와 활성과의 관계
QSAR on the Inhibition Acticity of Flavopiridol Analogues against Breast Cancer MCF-7 원문보기

한국응용생명화학회지 = Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry, v.50 no.3, 2007년, pp.147 - 153

성민규 (충남대학교 농업생명과학대학, 응용생물화학부) , 주성모 (충남대학교 농업생명과학대학, 응용생물화학부) , 송아름 (충남대학교 농업생명과학대학, 응용생물화학부) , 성낙도 (충남대학교 농업생명과학대학, 응용생물화학부)

초록
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새로운 유방암의 억제 물질을 탐색하고 설계하기 위하여 flavopiridol 유도체의 치환기($R_1{\sim}R_2$) 변화에 따른 유방암 유발세포 MCF-7의 저해활성에 관한 2D-QSAR 및 분자 홀로그래피적인 QSAR을 분석하였다. 2D-QSAR 모델(1)로부터 분자는 분산력으로 그리고 치환기는 입체장애를 유발하는 요인으로 작용하였으며 질량(MS)보다 굴절율(MR)상수가 저해활성에 크게 기여하였다. 그리고 2D-QSAR 모델(2)로부터는 MR상수의 적정값. $(MR)_{opt.}$= 126$Cm^3/mol$을 가지는 치환기의 저해활성이 가장 높을 것으로 예상되었다. 또한, 최적의 HQSAR 모델은 분자 조각의 크기($7{\sim}10$) 조건에서 예측성($q^2$= 0.583)과 상관성($r^2$= 0.982)이 매우 양호하였으며 기여도로부터 flavopiridol 분자내 A고리의 $C_8$원자에 결합된 수소원자나 hydroxyl-기보다 $C_9$원자 부분의 imino 골격이 저해활성에 기여하였다. 결과적으로 치환기들에 의한 분산력이 유방암 유발 세포 MCF-7의 저해활성에 크게 관여하는 주요인이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

To search for a molecular design of a new breast cancerous inhibitory active compound, 2D-QSAR and HQSAR between the substituents of flavopiridol analogues as substrates and their breast cancerous inhibitory activities against MCF-7 cell were analyzed and discussed quantitatively. It was found that the dispersion with molecule and steric hindrance with substituents will have a tremendous impact on the inhibitory activities from the 2D-QSAR model (1). Also, MR constant is better than that of MS constant as animportant factor. The inhibitory activities from 2D-QSAR model (2) were dependent upon the optimum MR constant (MR = 126 $Cm^3/mol$). Optimized HQSAR model (V) exhibited the best predictability of the inhibitory activities based on the cross-validated $r^2_{cv}$($q^2$= 0.583) and non-cross-validated conventional coefficient ($r^2_{ncv}$= 0.982). From the contribution maps, the inhibitory activity by the imino group on $C_9$ atom was higher than that of the hydroxyl group of $C_8$ atom on the A ring in molecule. Therefore, we can confirm that the dispersion by substituents in molecule is the most important factor in inhibitory activities against MCF-7 cell.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

다음 연구에서는 flavopiridol 유도체 중에서 유방암 세포 MCF-7에 대하여 저해활성이 가장 큰 화합물(1)의 Rj치환기 부분에 대한 구조적인 수식을 통하여 기존의 항암제보다 저해활성이 높은 새로운 유방암 치료제를 설계하는데 활용하고자 한다.
본 연구에서는 Flavopiridol이 CDK 저해제로서 암세포의 활성을 억제한다는 사실에 근거하여 이들의 구조 변화에 따르는 유선암 세포 저해제를 탐색하기 위하여 ligand based approach에 따른 flavopiridol 유도체 (Fig. 1)들의 구조적인 정보와 MCF-7에 대한 저해활성사이의 2D>QSAR(2 dimensional quantitative structure-activity relationship)1510' 및 분지- 홀로그래픽 (HD QSAR171s, 모델을 유노하고 정량적으로 검토하였다.

제안 방법

PLS 계산으로부터%, 적정한 성분의 수와 예측력(q2)은 leave-one-out(LOO) 교차확인 과정에 의하여 걸정된다. 그 다음에 적정한 주성분의 수를 사용하여 교차 확인하지 않고 유도되는 모델에 대하여 최종 PLS 분석을 실행하였다. 각 분자 조각 중에 포함된 정 보는 기 본적으로 H 원자와 키랄성 (chirality)이 제외된 채로 atoms, bonds 및 connections들이 홀로그램을 생성하는데 사용되었다.
설명인자 들의 계산. 기질 분자로서 Flavopiridol(Fig. 1) 유노체들의 치환기(및 R, ) 변화에 따른 유방암 MCF-7 세포에 대한 저해 활성값은 문헌값들을 활용하였으며 설명인자인 물리화학적 파라미터는 TSAR 프로그램 (V&;. 3.
3)을 이용하여 각각 계산하였다. 기질분자의 설병인자인 물리-화학 파라미터는 분자의 질량(MS), 소수성 상수, logP(7ix=logPx-logPsq- 선자 반응지표로서 쌍극자 능률값(Debye) 등을 사용하였다또한, 분자나 치환기 선체의 형태나 크기와 관련된 STERIMOL 파라미터인 L(길이), 0-(폭) 상수 및 몰라 굴절 성 상수(MR: Cm'/mol)값을 구하여 2D- QSAR 모델의 유도에 활용하였다.
72) 프로그램(Tripos)를 사용하였다. 상관성이 큰 모델을 유도하기 위하여 상관성에서 벗어나는 화합물을 test set로 설정하였다, 저해활성과 분자조각 크기 사이의 관계를 알아보기 위하여 분자 조각의 수를 2~10bin 크기로 생성시키고 분자의 홀로그램23)길이(53-257)를 넓게 선택하여 계산을 실행하였다. 이에 따른 분자 홀로그램 길이의 조건에서 다양한 분자 조각 특징들의 조합에 따른 몇 가지 모델들을 유도하였다.
이에 따른 분자 홀로그램 길이의 조건에서 다양한 분자 조각 특징들의 조합에 따른 몇 가지 모델들을 유도하였다. 여기에서는 분자 조각의 크기가 7-10인 경우에 가장 양호한 통계값을 얻을 수 있었으며 그 조건에서 분자 조각의 특징들을 변화시켜 최종적으로 가장 좋은 통계값을 갖는 모델을 탐색하여 최적의 HQSAR 모델로 선택하였다.
그러므로 암 환자들은 암 질환 자체보다 항암제에 의한 약물부작용인 면역력 결핍으로 사망에 이르게 된다. 이러한 부작용을 개선하기 위하여 Flavopiridol이 CDK 저해제로서 암세포의 활성을 억제한다는 사실에 근거하여 이들의 구조 변화에 따르는 유선암 세포 저해제를 탐색하고자 Flavopiridol 유도체의 MCF-7 세포에 대한 관측된 저해 활성값(Obs.pS과 유도된 2D-QSAR 모델에 의한 예측값 그리고 이들 두값의 차이값(Dev.)을 Table 1에 각각 정리하였다. 가장 낮은 저해활성을 나타내는 화합물은 22(pl5l)=-1.
상관성이 큰 모델을 유도하기 위하여 상관성에서 벗어나는 화합물을 test set로 설정하였다, 저해활성과 분자조각 크기 사이의 관계를 알아보기 위하여 분자 조각의 수를 2~10bin 크기로 생성시키고 분자의 홀로그램23)길이(53-257)를 넓게 선택하여 계산을 실행하였다. 이에 따른 분자 홀로그램 길이의 조건에서 다양한 분자 조각 특징들의 조합에 따른 몇 가지 모델들을 유도하였다. 여기에서는 분자 조각의 크기가 7-10인 경우에 가장 양호한 통계값을 얻을 수 있었으며 그 조건에서 분자 조각의 특징들을 변화시켜 최종적으로 가장 좋은 통계값을 갖는 모델을 탐색하여 최적의 HQSAR 모델로 선택하였다.

데이터처리

따라서 최종 HQSAR 걸과는 PLS 분석 걸과들에 의하여 색깔로 암호화 된 기여도로 나타내었다. 교차확인 걸과로 얻어지는 squared prediction errors의 합인 PRESS(predictive residual sum of squares)값을 계산하여 예측성을 평가하였다.
2D-QSAR식의 유도. 기질 유노체의 치환기 변화에 따르는 분자의 물리-화학적 파라미터와 관찰된 저해 활성값(ICQ과의 구조-활성 상관관계(SAR)를- 분석하기 위하여 TSAR 프로그램 (Ver 3.3)을 이용하여 다중 회귀분석을 실시하였다. 활성값에 대한 상관성을 탐색하기 위하여 SAS 프로그램 9.
HQSAR 모델에 대한 PLS분석 걸과들을 Table 3에 정리하였다. 최적의 통계값을 갖는 자료를 얻기 위하여 분자조각의 크기를- 3~10으로 변화시켜 계산하였다. 저해활성이 우수한 분자조각의 크기는 7~10 범위로서 길이는 97 bin으로 분석되었다.
3)을 이용하여 다중 회귀분석을 실시하였다. 활성값에 대한 상관성을 탐색하기 위하여 SAS 프로그램 9.1)으로 Hansch-Fqjita형의 2D>QSAR식을 유노하였다. 상관성이 높은모델을 유도하기 위하여 설명인자의 조함에 따른 회귀식을 계산하여 저해활성값과 설명인자 사이의 상관성에서 벗어나는 화합물들(outher)을 모델의 유도대상에서 제외시켰다.

성능/효과

)을 Table 1에 각각 정리하였다. 가장 낮은 저해활성을 나타내는 화합물은 22(pl5l)=-1.48) 그리고 가장 높은 저해활성을 나타내는 화합물은 l(pR= 1.59)이었으며 Rp 치환기보다치환기에 따라 저해활성에 미치는 정도가 다른 깃을- 확인할 수 있었다.
그리고 C고리의 C/와 C₄에 걸함된 수소가 노란색으로 나타나 활성에 약간 기여함을 알 수 있었다. 반면에 저해 활성이 가장낮은 오른편 화합물(22)의 -치환기(secbutylmethylcarbamate) 중, Gs-C?과 C₂ 탄소에 걸함된 산소 원자는 빨간색을 나타내어 활성에 기여하지 않음을 알 수 있었다. 또한, Cs 탄소에 걸함된 H원자가 주황색을 띄었으며 분자 선체에 녹색의 분포가 없는것으로 보아 이 부분들이 저해 활성에 중간 정도로 기여하는것으로 믿어진다.
끠)저해활성이 가장 높은 왼편 화합물(1)으] 구조상 C 고리(CJ)와 -치환기(1- methylpiperidin-3-ol)의 C? 및 C원자 부분이 녹색을 나타내므로 이 부분이 유방암 세포 MCF-7의 저해활성에 기여함을 잘 설명하고 있다. 그리고 C고리의 C/와 C₄에 걸함된 수소가 노란색으로 나타나 활성에 약간 기여함을 알 수 있었다. 반면에 저해 활성이 가장낮은 오른편 화합물(22)의 -치환기(secbutylmethylcarbamate) 중, Gs-C?과 C₂ 탄소에 걸함된 산소 원자는 빨간색을 나타내어 활성에 기여하지 않음을 알 수 있었다.
2에 나타내었다. 따라서 Flavopiridol 유도체 의치 환기들에 의한 분산력(MR X))% 유방암 MCF-7 세포에 대한 저해활성에 크게 관여하는 주 요인임을 확인할 수 있었으며 MR상수의 적정값은 (MR* =126Cm3/mol일 경우에 저해 활성값이 최대값이 된다는 사실을 잘 설명하고 있다. 그러나 2D- QSAR 모델로서 1차식(1)이 2차식(2)보다 상관성이 크기 (Ar=0.
나타내고 있다. 따라서 MR상수에 있어서, 분자의 몰라굴절성 상수는 증가하는 반면에 치환기의 몰라굴절성 상수는 감소할수록 저해활성이 증가할 깃이다. 또한, MS상수에 있어서, 치환기의 질량은 증가하고 분자의 질량은 감소하여야 활성이 증가할 것으로 예상되었다.
이같은 사실에 따라서, 분자골격은 축소 지향적으로 변환하여 적정한 분산력을 유지하도록 도모하고 치환기는 커져야 하나 입체장애를 유발하는 요인으로 작용하여 활성을 저해하여서는 않된다는 사실을 시사한다. 또한, (1)식으로부터 MCF-7 세포의 저해활성에 미치는 주 요소는 MS상수보다 MR상수가 저해활성에 크게 기여함을 알 수 있었다.
따라서 MR상수에 있어서, 분자의 몰라굴절성 상수는 증가하는 반면에 치환기의 몰라굴절성 상수는 감소할수록 저해활성이 증가할 깃이다. 또한, MS상수에 있어서, 치환기의 질량은 증가하고 분자의 질량은 감소하여야 활성이 증가할 것으로 예상되었다. 그러므로 동종 변수의 계수값 크기의 절대값이 동일하며 그 경향이 유사함을 잘 설명하고 있다.
이상과 같은 검토로부터 Flavopiridol 유노체들의 유방암 MCF-7 세포에 대한 저해활성은 중성 분자간 인력인 분산력 (London forces)이 크게 관여하는 요인임을 확인할 수 있었으며 그 적정값은 (MR* =126Cm3/mol일 경우에 저해 활성값이 최대가 된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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