RAPID (Randomized Pharmacophore Identification for Drug Design)

RAPID (Randomized Pharmacophore Identification for Drug Design)

Konsep farmakofor pertama kali diperkenalkan pada tahun 1909 oleh  Ehrlich yang mendefinisikan farmakofor sebagai kerangka molekul yang membawa (phoros) fitur penting yang bertanggungjawab terhadap aktivitas biologis obat (Yang, 2010:1). Farmakofor menurut IUPAC adalah faktor sterik dan elektronik yang diperlukan untuk memastikan terjadinya interaksi molekuler secara optimal dengan struktur target biologis spesifik sebagai penginduksi atau penghambat respon biologis (Mannhold et al., 2006). Berikut ini merupakan langkah-langkah dalam penentuan struktur-strukturprotein dan ligannya:

Penentuan Sidik Jari Interaksi Ligan Protein (Protein-Ligand Interaction Fingerprint/PLIF)

Sidik jari interaksi protein dengan ligan dibuat dengan menggunakan struktur-struktur protein yang diunduh dari situs RCSB PDB (Protein Data Bank). Seluruh struktur kemudian dibuka pada jendela MOE dandisejajarkan (superpose) sehingga rantai memiliki struktur yang sama yang akan bergerak bersama-sama sebagai satu unit. Dengan cara ini kompleks proteinligan dapat disejajarkan. File kemudian disimpan sebagai database. Dilakukan analisis PLIF dengan urutan perintah DBV | Compute | PLIF | Generate (Hamzah, 2013)

Penentuan Fitur Farmakofor

Penentuan fitur farmakofor diawali dengan mensejajarkan (superpose) seluruh protein yang diunduh dari situs RCSB. Selanjutnya seluruh reseptor dan pelarut yang merupakan satu kesatuan dari makromolekul protein sebelumnya dihapus sehingga yang tampak pada jendela MOE hanya ligan- ligan yang telah disejajarkan. Langkah selanjutnya adalah menjalankan pharmacophore query editor yang bertujuan untuk membuat fitur-fitur farmakofor dengan urutan perintah MOE >> Compute >> Pharmacophore >> Query Editor. Skema anotasi farmakofor otomatis membuat query pharmacophore, sehingga pada jendela MOE akan terlihat fitur-fitur farmakofor yang terdapat pada senyawa ligan. Skema anotasi yang digunakan adalah unified. Titik anotasi yang sesuai dengan hasil penelitian interaksi ligan reseptor dipilih untuk menjadi fitur farmakofor. Langkah terakhir yaitu perbaikan query yang dimaksudkan untuk memodifikasi query atau menghasilkan kecocokan dengan pengaturan query yang lebih ketat.

Virtual Screening

            Pada tahap virtual screening, yang digunakan adalah virtual skrining berbasis farmakofor dimana fitur farmakofor yang telah diperoleh pada tahap sebelumnya menjadi acuan dalam proses ini. Selanjutnya dengan menggunakan program aplikasi MOE dibuat database senyawa yang telah didownload tersebut. Setelah dibuat dalam bentuk database, selanjutnya masuk pada tahap pencarian senyawa asal tanaman yang hit dengan fitur farmakofor (urutan perintah MOE >> Compute >> Pharmacophore >> Search). Kemudian setelah proses pencarian selesai, jumlah senyawa yang hit tersebut akan tampak pada panel Pharmacophore Search. Senyawa yang hit tersebut kemudian disimpan dalam database (*mdb).

Docking Molekuler

Preparasi Ligan. Ligan dalam bentuk struktur tiga dimensi dan dioptimasi dengan metode Ab initio menggunakan program HyperChem. Struktur kemudian disimpan dalam format *.mol. File dibuka pada Jendela MOE. Struktur diprotonisasi untuk menambahkan hidrogen dan muatan parsial, dengan Protonate 3D (urutan perintah MOE >> Compute >> Protonate 3D) dengan setting pH 7.4 dan cutoff 10.0. File kemudian disimpan dalam database (*.mdb).

Preparasi Reseptor

Reseptor diunduh dari situs RSCB.PDB dengan kode 3TCP dalam format *.pdb/ent. Molekul air kemudian dihapus dari struktur. Protein kemudian diprotonisasi dengan langkah yang sama pada preparasi ligan. Asam amino arginin, lisin dan histidin yang memiliki gugus basa akan mengion pada pH 7.4 sehingga membentuk lingkungan kationik. Untuk memastikan telah dilakukan protonasi, dilakukan pengecekan hingga dipastikan tiap atom pada molekul memiliki muatan.

Simulasi Docking      

Ligan dan reseptor yang telah diprotonisasi dibuka dalam Jendela MOE. Panel Simulasi docking dibuka dengan urutan perintah MOE >> Compute >> Simulations >> Dock. Receptor pada panel Dock diatur Receptor+Solvent, Site diatur Ligand Atoms. Ligand diatur MDB File (atau Selected Atoms jika Ligan terbuka pada Jendela MOE dan di-select). Placement diatur Triangle Matcher, rescoring 1 menggunakan London dG, dan refinement diatur Force Field. Posisi docking terbaik dipilih berdasarkan nilai rmsd (≤ 2) dan nilai scoring terendah.

DAFTAR PUSTAKA

Hamzah, N., A. Najib , N. Thahir dan I. Misqawati. 2015. Studi Hubungan Kuantitatif Strukturaktivitas, Fitur Farmakofor Dan Docking Molekuler Senyawa Turunan Pirazolo-[3,4-D]-Pirimidin Sebagai Inhibitor Mer Tirosin Kinase. Jurnal Farmasi FIK UINAM Vol.2 No.3.

Mannhold, R., H. Kubinyi dan G. Folkers. 2006. Pharmacophore and Pharmacophore Searches, Wiley – VCH, Weinheim, 3.

Yang, S.Y. 2010. Pharmacophore Modelling and Applications in Drug Discovery: Challenges and Recent Advances, Drug Discovery Today, 15, 444-450.

Pertanyaan:

1. Apa tujuan dari setiap langkah-langkah penentuan struktur protein dan ligannya?

2. Jelaskan bagian mana yang merupakan tahap terpenting penentuan struktur protein dan ligannya?

3. Bagaimana proses simulasi docking bisa terjadi?

4. Apa itu drug design dan tujuannya?

5. Apa tujuan dari farmakofor?