Docking studies on selected sapogenins targeting androgen and estrogen receptors

Abstract

Natural products have been used in the treatment of various diseases in history, and they are still in use today. Sapogenins are natural products derived from plant and animal sources that also have numerous biological activities. Furthermore, some sapogenins have been found to be active in common cancers such as prostate and estrogen alpha-mediated breast cancer and exert their effects via the androgen and estrogen receptors. For this reason, identifying alternative ligands for these receptors may aid in enhancing the benefits or avoiding adverse effects. Traditional or advanced molecular screening techniques are available with their respective applications. However, these applications have some limitations, such as being complicated and costly or requiring a significant amount of time due to the large number of molecules involved. With advancements in technology, in-silico methods such as molecular docking have developed into a highly accurate and cost-effective method for high throughput screening. Additionally, rapid and high-quality in-silico visualization of docked ligands and their interactions serves as a preliminary step toward determining structure-activity relationships. The molecular docking method was used in this study to identify novel androgen and estrogen receptor ligands, and to evaluate the structure-activity relationship of sapogenin molecules, which were selected from our research group's molecule library. Moreover, the Swiss Target Prediction web service was used to determine the probability of bindings prior to molecular docking. The molecular docking results demonstrated that nine of the selected sapogenins were more bindable to the androgen receptor than testosterone, whereas another nine were found to be more bindable to the estrogen receptor than estradiol. Additionally, immunoblotting was utilized to validate the activity of several molecules by examining their effects on PSA levels for androgen receptor binding.

Doğal ürünler tarih boyunca çeşitli hastalıkların tedavisinde kullanılmış ve günümüzde de kullanılmaktadır. Sapogeninler, aynı zamanda çok sayıda biyolojik aktiviteye sahip olan bitki ve hayvan kaynaklarından elde edilen doğal ürünlerdir. Ayrıca, bazı sapogeninlerin prostat ve östrojen alfa aracılı meme kanseri gibi yaygın kanserlerde aktif oldukları ve etkilerini androjen ve östrojen reseptörleri aracılığıyla uyguladıkları bulunmuştur. Bu nedenle, bu reseptörler için alternatif ligandların belirlenmesi, faydaların arttırılmasına veya olumsuz etkilerden kaçınılmasına yardımcı olabilir. Geleneksel veya gelişmiş moleküler tarama teknikleri, ilgili uygulamalarıyla birlikte mevcuttur. Bununla birlikte, bu uygulamaların karmaşık ve maliyetli olması veya çok sayıda molekül içermesi nedeniyle önemli miktarda zaman gerektirmesi gibi bazı sınırlamaları vardır. Teknolojideki gelişmelerle birlikte, moleküler yerleştirme gibi in-siliko yöntemler, yüksek verimli tarama için son derece doğru ve uygun maliyetli bir yönteme dönüşmüştür. Ek olarak, kenetlenmiş ligandların ve bunların etkileşimlerinin hızlı ve yüksek kaliteli in-siliko görselleştirilmesi, yapı-aktivite ilişkilerinin belirlenmesine yönelik bir ön adım olarak hizmet eder. Bu çalışmada, araştırma grubumuzun molekül kütüphanesinden seçilen yeni androjen ve östrojen reseptör ligandlarını belirlemek ve sapogenin moleküllerinin yapı-aktivite ilişkisini değerlendirmek için moleküler docking yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca, moleküler yerleştirmeden önce bağlanma olasılığını belirlemek için Swiss Target Prediction web hizmeti kullanılmıştır. Moleküler yerleştirme sonuçları, seçilen sapogeninlerden dokuzunun androjen reseptörüne testosterondan daha fazla bağlanabildiğini, diğer dokuzunun ise östrojen reseptörüne estradiolden daha fazla bağlanabildiğini gösterdi. Ek olarak, androjen reseptörü bağlanması için PSA seviyeleri üzerindeki etkilerini inceleyerek birkaç molekülün aktivitesini doğrulamak için immünoblotlama kullanılmıştır.