IN SILICO ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОТИЗАПАЛЬНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ PFOA, PFOS, KClO4 ТА AlCl3
DOI:
https://doi.org/10.18524/2077-1746.2024.2(55).320636Ключові слова:
запалення, аналіз молекулярного докінгу, молекулярна динаміка, перфтороктанова кислота, перфтороктан сульфокислота, зв’язуванняАнотація
Вступ. Військові дії завдають великої шкоди навколишньому середовищу. Найбільшу екологічну загрозу в цій ситуації становить хімічне забруднення (оксиди вуглецю, оксиди азоту, формальдегід, ціанід водню, калію перхлорат, алюміній та різноманітні токсичні органічні речовини). Крім того, боєприпаси можуть містити пер- та поліфторалкільні речовини (PFAS), які характеризуються винятковою екологічною стійкістю. Серед найвідоміших PFAS є перфтороктансульфонова кислота (PFOS) і перфтороктанова кислота (PFOA), які виявляють виняткову стабільність і стійкість до деградації. На нашу думку ці хімічні сполуки є високо токсичними та можуть підсилювати запальні процеси в організмі.
Мета: дослідження потенційної токсичності перфтороктанової кислоти, перфтороктанової сульфокислоти, AlCl3 і KClO4 за допомогою підходів in silico.
Методи. Розрахунок токсичності хлориду алюмінію, перхлорату калію, перфтороктанової кислоти та перфтороктансульфокислоти проводили за допомогою віртуальної лабораторії ProTox 3.0 на основі алгоритмів машинного навчання. Молекулярний докінг був забезпечений за допомогою AutoDock Vina 1.2.5. (http://vina.scripps.edu), Schrödinger Maestro–2023–2 Glide (пробна ліцензія). Процедуру молекулярного докінгу проводили з використанням кристалічної структури сироваткового альбуміну людини (7Z57), кристалічних структур лігандзв’язуючого домену PPAR-гамма людини (2F4B), моноаміноксидази А людини в комплексі з клоргіліном (2BXR), ЦОГ людини -1 Crystal Structure (6Y3C) з бази даних біологічних макромолекул PDB (http://www.rcsb.org/). Під час досліджень проводили докінг перфтороктанової кислоти та перфтороктанової сульфокислоти. Молекулярно-динамічне моделювання було виконано для комплексу (перфтороктанова кислота – сироватковий альбумін людини, AlCl 3 – сироватковий альбумін людини) за допомогою програмного забезпечення PlayMolecule.
Результати. На основі віртуальної лабораторії ProTox 3.0, заснованої на машинному навчанні прогнозування токсичності, усі сполуки (KClO4, AlCl3, перфтороктанова кислота, перфтороктанова сульфонова кислота) демонструють значні потенціали токсичності, такі як канцерогенність, нефротоксичність для перфтороктанової кислоти, респіраторна токсичність для перфтороктанової сульфокислоти, кардіотоксичність для AlCl3 і альфа-токсичність естрогенного рецептора для KClO4. Відповідно до ProTox 3.0 перфтороктанова кислота та перфтороктансульфонова кислота можуть взаємодіяти з простагландин G/H синтазою 1 та аміноксидазою А. Людський сироватковий альбумін показав найкращий показник докінгу та вільну енергію зв’язування серед цільових білків при докуванні з перфтороктановою кислотою та перфтороктановою сульфокислотою. Результати молекулярного докінгу демонструють, що перфтороктансульфонова кислота має помірну афінність зв’язування з моноаміноксидазою А та ЦОГ-1. Ці результати є теоретичними прогнозами і потребують подальших експериментальних досліджень.
Висновки. Дослідження токсичності за допомогою віртуальної лабораторії ProTox 3.0 та молекулярного докінгу виявило значний токсикологічний потенціал досліджуваних сполук (KClO4, AlCl3, перфтороктанової кислоти, перфтороктанової сульфонової кислоти). Зв’язування PFOA з сироватковим альбуміном людини, що призводить до його стабілізації, може порушити багато основних функцій, які HSA виконує в крові. Це зв’язування може сприяти біоакумуляції, перешкоджати нормальним транспортним процесам, впливати на ефективність ліків і потенційно призводити до хронічних проблем зі здоров’ям через постійний вплив на організм токсичності PFAS. Таким чином, стійкість HSA, пов’язаного з PFOA, у циркуляції, може бути шляхом для тривалого впливу та пов’язаних із цим ризиків для здоров’я.
Посилання
Alcaraz, C., Caiola, N., & Ibáñez, C. (2011). Bioaccumulation of pollutants in the zebra mussel from hazardous industrial waste and evaluation of spatial distribution using GAMs. The Science of the Total Environment, 409(5), 898–904. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.11.015
Banerjee, P., Kemmler, E., Dunkel, M., & Preissner, R. (2024). ProTox 3.0: A webserver for the prediction of toxicity of chemicals. Nucleic Acids Research, 52(W1), W513–W520. https://doi.org/10.1093/nar/gkae303
Chaparro-Ortega, A., Betancourt, M., Rosas, P., Vázquez-Cuevas, F. G., Chavira, R., Bonilla, E., Casas, E., & Ducolomb, Y. (2018). Endocrine disruptor effect of perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) on porcine ovarian cell steroidogenesis. Toxicology in Vitro, 46, 86–93. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2017.09.030
Cousins, E. M., Richter, L., Cordner, A., Brown, P., & Diallo, S. (2019). Risky Business? Manufacturer and retailer action to remove per- and polyfluorinated chemicals from consumer products. New Solutions: A Journal of Environmental and Occupational Health Policy, 29(2), 242–265. https://doi.org/10.1177/1048291119852674
DeWitt, J. C., Blossom, S. J., & Schaider, L. A. (2019). Exposure to perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances leads to immunotoxicity: epidemiological and toxicological evidence. Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology, 29(2), 148–156. https://doi.org/10.1038/s41370-018-0097-y
Doerr, S., Harvey, M. J., Noé, F., & De Fabritiis, G. (2016). HTMD: High-throughput molecular dynamics for molecular discovery. Journal of Chemical Theory and Computation, 12(4), 1845–1852. https://doi.org/10.1021/acs.jctc.6b00049
Evans, N., Conley, J. M., Cardon, M., Hartig, P., Medlock-Kakaley, E., & Gray, L. E. (2022). In vitro activity of a panel of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS), fatty acids, and pharmaceuticals in peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) alpha, PPAR gamma, and estrogen receptor assays. Toxicology and Applied Pharmacology, 449, article 116136. https://doi.org/10.1016/j.taap.2022.116136
Furman, B. L. (2017). Potassium perchlorate. In Reference Module in Biomedical Sciences. Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.98055-3
Gallagher, A., Kar, S., & Sepúlveda, M. S. (2023). Computational modeling of human serum albumin binding of per- and polyfluoroalkyl substances employing QSAR, read-across, and docking. Molecules, 28(14), article 14. https://doi.org/10.3390/molecules28145375
Gorgogietas, V. A., Tsialtas, I., Sotiriou, N., Laschou, V. C., Karra, A. G., Leonidas, D. D., Chrousos, G. P., Protopapa, E., & Psarra, A. G. (2018). Potential interference of aluminum chlorohydrate with estrogen receptor signaling in breast cancer cells. Journal of Molecular Biochemistry, 7(1).
Hawas, A. M. M., Rashed, L. A., & Mohamed, M. A. E. H. (2020). Evaluation of glucosamine effect against heart and brain damage induced by Y-radiation or aluminium chloride in female rats. Brazilian Archives of Biology and Technology, 63, article e20180687. https://doi.org/10.1590/1678-4324-2020180687
Hryhorczuk, D., Levy, B. S., Prodanchuk, M., Kravchuk, O., Bubalo, N., Hryhorczuk, A., & Erickson, T. B. (2024). The environmental health impacts of Russia’s war on Ukraine. Journal of Occupational Medicine and Toxicology, 19(1), article 1. https://doi.org/10.1186/s12995-023-00398-y
Kawahara, M., & Kato-Negishi, M. (2011). Link between aluminum and the pathogenesis of Alzheimer’s disease: the integration of the aluminum and amyloid cascade hypotheses. International Journal of Alzheimer’s Disease, 2011, article 276393. https://doi.org/10.4061/2011/276393
Khrushch, O. Moskalets, V., Fedyk, O., Karpyuk, Y., Hasiuk, M., Ivantsev, N., Ivantsev, L., & Arjjumend, H. (2023). Environmental and psychological effects of Russian war in Ukraine. Grassroots Journal of Natural Resources, 6, 37–84. https://doi.org/10.33002/nr2581.6853.060103
Kim, M., Li, L. Y., Grace, J. R., & Yue, C. (2015). Selecting reliable physicochemical properties of perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFASs) based on molecular descriptors. Environmental Pollution, 196, 462–472. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2014.11.008
Klotz, K., Weistenhöfer, W., Neff, F., Hartwig, A., van Thriel, C., & Drexler, H. (2017). The health effects of aluminum exposure. Deutsches Ärzteblatt International, 114(39), 653–659. https://doi.org/10.3238/arztebl.2017.0653
Koban, L. A., & Pfluger, A. R. (2023). Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) exposure through munitions in the Russia-Ukraine conflict. Integrated Environmental Assessment and Management, 19(2), 376–381. https://doi.org/10.1002/ieam.4672
Krainiuk, O. V., Buts, Y. V., Didenko, N. V., & Barbashyn, V. V. (2023). Ecological consequences of environmental pollution with heavy metals as a result of the war in Ukraine. 17th International Conference Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment (Vol. 2023, pp. 1–5). https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023520013
Li, C.-H., Ren, X.-M., & Guo, L.-H. (2019). Adipogenic activity of oligomeric hexafluoropropylene oxide (perfluorooctanoic acid alternative) through peroxisome proliferator-activated receptor γ pathway. Environmental Science & Technology, 53(6), 3287–3295. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b06978
Martin, J. W., Smithwick, M. M., Braune, B. M., Hoekstra, P. F., Muir, D. C. G., & Mabury, S. A. (2004). Identification of long-chain perfluorinated acids in biota from the Canadian Arctic. Environmental Science & Technology, 38(2), 373–380. https://doi.org/10.1021/es034727+
Morris, G. M., Huey, R., Lindstrom, W., Sanner, M. F., Belew, R. K., Goodsell, D. S., & Olson, A. J. (2009). AutoDock4 and AutoDockTools4: Automated docking with selective receptor flexibility. Journal of Computational Chemistry, 30(16), 2785–2791. https://doi.org/10.1002/jcc.21256
Nday, C. M., Drever, B. D., Salifoglou, T., & Platt, B. (2010). Aluminium interferes with hippocampal calcium signaling in a species-specific manner. Journal of Inorganic Biochemistry, 104(9), 919–927. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2010.04.010
Oladimeji, P. O., & Chen, T. (2018). PXR: More than just a master xenobiotic receptor. Molecular Pharmacology, 93(2), 119–127. https://doi.org/10.1124/mol.117.110155
United States Agency for Toxic Substances and Disease Registry. (2019). PFAS: an overview of the science and guidance for clinicians on per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) .
Reh, B., Wang, X., Feng, Y., & Bhandari, R. K. (2022). Potassium perchlorate effects on primordial germ cells of developing medaka larvae. Aquatic Toxicology, 251, article 106283. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2022.106283
Torrens-Fontanals, M., Tourlas, P., Doerr, S., & De Fabritiis, G. (2024). PlayMolecule viewer: a toolkit for the visualization of molecules and other data. Journal of Chemical Information and Modeling, 64(3), 584–589. https://doi.org/10.1021/acs.jcim.3c01776
Tavasoli, E., Luek, J. L., Malley, J. P., & Mouser, P. J. (2021). Distribution and fate of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in wastewater treatment facilities. Environmental Science. Processes & Impacts, 23(6), 903–913. https://doi.org/10.1039/d1em00032b
Friesner, R. A., Murphy, R. B., Repasky, M. P., Frye, L. L., Greenwood, J. R., Halgren, T. A., Sanschagrin, P. C., & Mainz, D. T. (2006). Extra precision glide: Docking and scoring incorporating a model of hydrophobic enclosure for protein-ligand complexes. Journal of Medicinal Chemistry, 49(21), 6177–6196. https://doi.org/10.1021/jm051256o
Yang, Y., Yao, K., Repasky, M. P., Leswing, K., Abel, R., Shoichet, B. K., & Jerome, S. V. (2021). Efficient exploration of chemical space with docking and deep learning. Journal of Chemical Theory and Computation, 17(11), 7106–7119. https://doi.org/10.1021/acs.jctc.1c00810
Zahm, S., Bonde, J. P., Chiu, W. A., Hoppin, J., Kanno, J., Abdallah, M., Blystone, C. R., Calkins, M. M., Dong, G. H., Dorman, D. C., Fry, R., Guo, H., Haug, L. S., Hofmann, J. N., Iwasaki, M., Machala, M., Mancini, F. R., Maria-Engler, S. S., Møller, P., Ng, J. C., Pallardy, M., Post, G. B., Salihovic, S., Schlezinger, J., Soshilov, A., Steenland, K., Steffensen, I.-L., Tryndyak, V., White, A., Woskie, S., Fletcher, T., Ahmadi, A., Ahmadi, N., Benbrahim-Tallaa, L., Bijoux, W., Chittiboyina, S., de Conti, A., Facchin, C., Madia, F., Mattock, H., Merdas, M., Pasqual, E., Suonio, E., Viegas, S., Zupunski, L., Wedekind, R., & Schubauer-Berigan, M. K. (2024). Carcinogenicity of perfluorooctanoic acid and perfluorooctanesulfonic acid. The Lancet. Oncology, 25(1), 16–17. https://doi.org/10.1016/S1470-2045(23)00622-8
Makarenko, O. A., Zaderey, O. V., & Zubachyk, M. V. (2022). Eksperymentalne obgruntuvannia profilaktyky porushen metabolizmu kistkovoi tkanyny shchelep shchuriv pry hipotyreozi [Experimental substantiation of jaw bone tissue dysmetabolism prevention in rats with hypothyroidism]. Problems of Endocrine Pathology, 3(79), 65–71. https://doi.org/10.21856/j-PEP.2022.3.09 [in Ukrainian].
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Публікація праць в Журналі здійснюється на некомерційній основі. Комісійна плата за оформлення статті не стягується.
