In Silico 분자결합 분석방법을 활용한 MOP와 베타아사론의 열대집모기 후각단백질 활성 부위에 대한 결합 친화도 비교 분석 In Silico Analysis and Molecular Docking Comparison of Mosquito Oviposition Pheromone and Beta-asarone on the Mosquito Odorant Binding Protein-1원문보기
베타아사론은 널리 알려진 석창포의 주요 효능 성분이다. 본 연구에서는 모기의 oviposition 페로몬 성분인 MOP와 석창포 효능성분 베타아사론의 열대집모기 후각 단백질 CquiOBP1활성 부위에 대한 친화도 분석 실험을 컴퓨터 분자결합 분석 방법을 통해 비교하였다. CquiOBP1 후각 단백질의 3차원 구조 정보는 PDB database (PDB ID: 3OGN)를 활용하였다. In silico 결합 분석을 수행하기 위해 PyRx, Autodock Vina, Discovery Studio Version 4.5, and NX-QuickPharm 프로그램을 각 분석 조건에 따라 활용하였다. CquiOBP1 후각단백질 활성 부위에 대한 베타아사론의 결합친화도는 -6.40 kcal/mol으로 나왔으며 이는 -6.00 kcal/mol으로 나온 MOP의 결합친화도 보다 훨씬 더 높고 효율적인 것으로 분석되었다. 리간드와 상호작용 하는 CquiOBP1단백질 활성 부위의 아미노산들 가운데 TRP114가 공히 MOP와 베타아사론과 결합 하였다. CquiOBP1 단백질 활성부위의 아미노산들을 전혀 다른 전기적 성질을 지닌 아미노산으로 치환 시킨 후 분자결합 분석을 해 본 결과 리간드들의 X,Y,Z Grid 값에 현격한 변화가 유도되었으며 결합 친화도 또한 감소되었다. 이러한 결과를 통하여 베타아사론은 CquiOBP1 단백질 활성을 조절하는 리간드로서 효과적으로 작용할 것으로 보인다. 결론적으로 석창포 추출물 또는 베타아사론은 곤충기피제 신물질 연구 개발 분야에 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
베타아사론은 널리 알려진 석창포의 주요 효능 성분이다. 본 연구에서는 모기의 oviposition 페로몬 성분인 MOP와 석창포 효능성분 베타아사론의 열대집모기 후각 단백질 CquiOBP1 활성 부위에 대한 친화도 분석 실험을 컴퓨터 분자결합 분석 방법을 통해 비교하였다. CquiOBP1 후각 단백질의 3차원 구조 정보는 PDB database (PDB ID: 3OGN)를 활용하였다. In silico 결합 분석을 수행하기 위해 PyRx, Autodock Vina, Discovery Studio Version 4.5, and NX-QuickPharm 프로그램을 각 분석 조건에 따라 활용하였다. CquiOBP1 후각단백질 활성 부위에 대한 베타아사론의 결합친화도는 -6.40 kcal/mol으로 나왔으며 이는 -6.00 kcal/mol으로 나온 MOP의 결합친화도 보다 훨씬 더 높고 효율적인 것으로 분석되었다. 리간드와 상호작용 하는 CquiOBP1단백질 활성 부위의 아미노산들 가운데 TRP114가 공히 MOP와 베타아사론과 결합 하였다. CquiOBP1 단백질 활성부위의 아미노산들을 전혀 다른 전기적 성질을 지닌 아미노산으로 치환 시킨 후 분자결합 분석을 해 본 결과 리간드들의 X,Y,Z Grid 값에 현격한 변화가 유도되었으며 결합 친화도 또한 감소되었다. 이러한 결과를 통하여 베타아사론은 CquiOBP1 단백질 활성을 조절하는 리간드로서 효과적으로 작용할 것으로 보인다. 결론적으로 석창포 추출물 또는 베타아사론은 곤충기피제 신물질 연구 개발 분야에 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
Beta-asarone is the well-known active ingredient of Rhizoma acori graminei. In this study, we investigated and compared the binding affinity of mosquito oviposition pheromone (MOP; (5R,6S)-6-acetoxy-5-hexadecanolide) and beta-asarone on the A domain of the mosquito odorant binding protein 1 (CquiOBP...
Beta-asarone is the well-known active ingredient of Rhizoma acori graminei. In this study, we investigated and compared the binding affinity of mosquito oviposition pheromone (MOP; (5R,6S)-6-acetoxy-5-hexadecanolide) and beta-asarone on the A domain of the mosquito odorant binding protein 1 (CquiOBP1) by in silico computational docking studies. The three-dimensional crystallographic structure of CquiOBP1 was obtained from the PDB database (PDB ID: 3OGN). In silico computational auto-docking analysis was performed using PyRx, Autodock Vina, Discovery Studio Version 4.5, and the NX-QuickPharm option based on scoring functions. The beta-asarone showed optimum binding affinity (docking energy) with CquiOBP1 as -6.40 kcal/mol as compared to the MOP (-6.00 kcal/mol). Among the interacting amino acids (LEU76, LEU80, ALA88, MET89, HIS111, TRP114, and TYR122), tryptophan 114 in the CquiOBP1 active site significantly interacted with both MOP and beta-asarone. Amino acids substitution (mutation) from non-polar groups to the polar (or charged) groups of the CquiOBP1 dramatically changed the X, Y, Z grid position and binding affinity of both ligands. These results significantly indicated that beta-asarone could be a more potent ligand to the CquiOBP1 than MOP. Therefore, the extract of Rhizoma acori graminei or beta-asarone can be applied to the fields of insecticidal and repellant biomaterial development.
Beta-asarone is the well-known active ingredient of Rhizoma acori graminei. In this study, we investigated and compared the binding affinity of mosquito oviposition pheromone (MOP; (5R,6S)-6-acetoxy-5-hexadecanolide) and beta-asarone on the A domain of the mosquito odorant binding protein 1 (CquiOBP1) by in silico computational docking studies. The three-dimensional crystallographic structure of CquiOBP1 was obtained from the PDB database (PDB ID: 3OGN). In silico computational auto-docking analysis was performed using PyRx, Autodock Vina, Discovery Studio Version 4.5, and the NX-QuickPharm option based on scoring functions. The beta-asarone showed optimum binding affinity (docking energy) with CquiOBP1 as -6.40 kcal/mol as compared to the MOP (-6.00 kcal/mol). Among the interacting amino acids (LEU76, LEU80, ALA88, MET89, HIS111, TRP114, and TYR122), tryptophan 114 in the CquiOBP1 active site significantly interacted with both MOP and beta-asarone. Amino acids substitution (mutation) from non-polar groups to the polar (or charged) groups of the CquiOBP1 dramatically changed the X, Y, Z grid position and binding affinity of both ligands. These results significantly indicated that beta-asarone could be a more potent ligand to the CquiOBP1 than MOP. Therefore, the extract of Rhizoma acori graminei or beta-asarone can be applied to the fields of insecticidal and repellant biomaterial development.
이와 같은 기존 연구 보고들을 바탕으로 하여, 본 연구에서 는 in silico computation auto docking 방법을 활용하여 MOP (Fig. 1A)와 beta-asarone (Fig. 1B)의 모기후각단백질 CquiOBP1 활성부위에 대한 결합친화도를 약리학적 비교 분석을 실시하였다.
제안 방법
3B) 후각 단백질에 결합하거나 활성을 자극하는 물질들은 화학적으로 방향족고리 구조(aromatic ring)를 가지고 있기 때문에 타깃 단백질과의 소수성 결합을 선호하는 것으로 판단된다. 본 실험에서 MOP와 beta-asarone간 상호작용 하는 것으로 분석된 Cqui OBP1 단백질 활성부위의 아미노산들 가운데 무극성(non-polar) 아미노산들을 전기화학적 성질이 전혀 다른 극성, 산성, 또는 염기성 아미노산으로 치환(L76E, L80E, M89Q, W114H) 시킨 후, 리간드와 CquiOBP1 단백질간의 상호작용 패턴의 변화 여부를 조사하였다. MOP는 동일하게 CquiOBP1 단백질과 Alkyl 결합과 Pi-Alkyl 결합을 하였으나(Fig.
대상 데이터
석창포(대구 약령시에서 구매) 70% 에탄올 추출물[6] 중 beta-asarone함량은 HPLC (Alliance e2695, Waters, USA)를 사용하였으며, YMC-Pack Pro C18 RS column (4.6×250 mm, 5μm)을 30℃로 유지하여 분석하였다. 이동상은 0.
데이터처리
본 연구의 자료 분석은 SPSS (Statistical Package for the Social Science) WIN 18.0 프로그램 이용하였으며, 반복 실험을 통하여 얻은 모든 분석값은 Mean ± SEM (Standard Error of Mean)으로 나타내었고, 분석된 실험 데이터는 t-test를 실시하여 유의성을 검증하였으며 통계적 유의성 판정을 위한 유의수준은 p<0.05은 *로, p<0.01은 **로 표시하였다.
성능/효과
218398로 큰 변화가 유도되었다. 이는 CquiOBP1 단백질 활성 부위의 아미노산의 전기적 성질이 변화되면서 리간드의 단백질 활성 부위에 대한 기존에 결합 형성이 어려워졌다는 것으로 사료된다.
73 kcal/mol로 나타났으며, 두 종류 리간드의 결합 친화도 값을 비교한 결과 대조군인 MOP보다 beta-asarone이 CquiOBP1 활성 부위에 대하여 상대적으로 우수한 결합 친화도를 나타내었다(Table 2). 이는 beta-asarone이 기존 리간드 보다 CquiOBP1 활성 부위에 훨씬 더 안정적으로 결합 할 수 있다는 약리학적 상호작용의 가능성을 제시해 주며 동시에 beta-asarone이 MOP보다 상대적으로 우수하게 OBP 활성을 조절 할 수 있는 것으로 사료된다.
후속연구
본 연구를 통하여, 석창포 추출물에 함유된 대표 효능 성분 beta-asarone의 열대집모기에서 발견되는 CquiOBP1 단백질 활성 부위에 대한 약리학적 작용 기작을 상세히 규명하였으며, 기존 연구에 보고 된 CquiOBP1 단백질에 결합하는 MOP 리간드의 결합 유형에 대한 NMR 구조분석 결과와의 비교를 통해 in silico molecular docking 분석 결과값의 신뢰성을 추가적으로 확인할 수 있었다. 결론적으로, 석창포 추출물을 비롯하여 석창포에 최다 함유된 효능 성분 beta-asarone이 향후 모기를 친환경적으로 제어하기 위한 식의약 및 생활용품 소재로서 매우 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
석창포의 유효 성분은 어떤 것이 있는가?
석창포(Acori Ggraminei Rhizoma)는 다년생 초본식물로 석창포의 유효 성분들로는 석창포에 가장 많이 함유된 베타아사론(beta-asarone)을 비롯하여 유제놀(eugenol), 아사리알데히드(asarylaldehyde) 등이 있다[2]. 석창포의 약리작용은 진정작용, 항경련 작용, 소화액 분비 촉진 및 장관 평활근 이완작용, 항치매효과, 항비만효과, 항스트레스 효능 등이 보고되었다[3].
모기는 어떤 질병을 매개하는가?
모기(Mosquito)는 사람에게 질병을 유발하는 대표적인 해충의 하나로서 사람과 가축을 흡혈할 뿐만 아니라 뇌염(encephalitis), 황열병(yellow fever), 댕기열병(dengue fever), 그리고 말라리아(malaria) 등 많은 질병을 매개하여 사람들의 생명에 위협이 되고 있다[9]. 모기의 흡혈은 여름철 야외 활동을 불편하게 하고, 숙면 방해를 통한 피로 누적 등 인체 스트레스(stress)원으로 직·간접적 큰 피해를 일으킨다.
지카 바이러스 감염증의 증상은?
지카 바이러스 감염증은, 지카 바이러스를 보유한 모기에 물려 생기는 감염성 질환이다. 모기에 물린지 2~14일(잠복기) 지나서 갑작스런 발열, 발진, 관절통, 근육통, 결막염, 두통이 나타날 수 있으며 치사율이 매우 높다. 그러나 적절한 예방약이나 치료제가 없기 때문에, 더욱 두려운 질환이라고 할 수 있다[11].
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