Published December 15, 2020 | Version v1
Publication Open

A New Metric Quantifying Chemical and Biological Property of Small Molecule Metabolites and Drugs

Creators

  • 1. Peking University

Description

One prominent class of drugs is chemical small molecules (CSMs), but the majority of CSMs are of very low druggable potential. Therefore, it is quite important to predict drug-related properties (druggable properties) for candidate CSMs. Currently, a number of druggable properties (e.g., logP and pKa) can be calculated by in silico methods; still the identification of druggable CSMs is a high-risk task, and new quantitative metrics for the druggable potential of CSMs are increasingly needed. Here, we present normalized bond energy (NBE), a new metric for the above purpose. By applying NBE to the DrugBank CSMs whose properties are largely known, we revealed that NBE is able to describe a number of critical druggable properties including logP, pKa, membrane permeability, blood–brain barrier penetration, and human intestinal absorption. Moreover, given that the human endogenous metabolites can serve as important resources for drug discovery, we applied NBE to the metabolites in the Human Metabolome Database. As a result, NBE showed a significant difference in metabolites from various body fluids and was correlated with some important properties, including melting point and water solubility.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

إحدى الفئات البارزة للأدوية هي الجزيئات الكيميائية الصغيرة (CSMs)، ولكن غالبية هذه الجزيئات ذات إمكانات تخدير منخفضة للغاية. لذلك، من المهم جدًا التنبؤ بالخصائص المتعلقة بالمخدرات (الخصائص القابلة للتخدير) لـ CSMs المرشحة. في الوقت الحالي، يمكن حساب عدد من الخصائص القابلة للتخدير (على سبيل المثال، logP و pKa) بطرق السيليكو ؛ لا يزال تحديد CSMs القابلة للتخدير مهمة عالية الخطورة، وهناك حاجة متزايدة إلى مقاييس كمية جديدة لإمكانات CSMs القابلة للتخدير. نقدم هنا طاقة الرابطة الطبيعية (NBE)، وهي مقياس جديد للغرض المذكور أعلاه. من خلال تطبيق البنك الوطني المصري على مدراء خدمة العملاء في بنك الأدوية الذين تكون خصائصهم معروفة إلى حد كبير، كشفنا أن البنك الوطني المصري قادر على وصف عدد من الخصائص الحرجة القابلة للتخدير بما في ذلك logP، pKa، نفاذية الغشاء، اختراق حاجز الدم في الدماغ، وامتصاص الأمعاء البشرية. علاوة على ذلك، نظرًا لأن المستقلبات البشرية الذاتية يمكن أن تكون بمثابة موارد مهمة لاكتشاف الأدوية، فقد طبقنا NBE على المستقلبات في قاعدة بيانات المستقلبات البشرية. ونتيجة لذلك، أظهر البنك الوطني المصري اختلافًا كبيرًا في المستقلبات من سوائل الجسم المختلفة وكان مرتبطًا ببعض الخصائص المهمة، بما في ذلك نقطة الانصهار وقابلية الذوبان في الماء.

Translated Description (French)

Une classe importante de médicaments est les petites molécules chimiques (CSM), mais la majorité des CSM ont un très faible potentiel de drogue. Par conséquent, il est très important de prédire les propriétés liées aux médicaments (propriétés médicamenteuses) pour les CSM candidats. Actuellement, un certain nombre de propriétés pharmacocompatibles (par exemple, logP et pKa) peuvent être calculées par des méthodes in silico ; l'identification des CSM pharmacocompatibles est toujours une tâche à haut risque, et de nouvelles mesures quantitatives du potentiel pharmacocompatible des CSM sont de plus en plus nécessaires. Ici, nous présentons l'énergie de liaison normalisée (NBE), une nouvelle métrique pour l'objectif ci-dessus. En appliquant la NBE aux CSM de la DrugBank dont les propriétés sont largement connues, nous avons révélé que la NBE est capable de décrire un certain nombre de propriétés pharmacocompatibles critiques, notamment le logP, le pKa, la perméabilité membranaire, la pénétration de la barrière hémato-encéphalique et l'absorption intestinale humaine. De plus, étant donné que les métabolites endogènes humains peuvent servir de ressources importantes pour la découverte de médicaments, nous avons appliqué la NBE aux métabolites de la base de données du métabolisme humain. En conséquence, le NBE a montré une différence significative dans les métabolites de divers fluides corporels et a été corrélé avec certaines propriétés importantes, notamment le point de fusion et la solubilité dans l'eau.

Translated Description (Spanish)

Una clase prominente de fármacos son las moléculas químicas pequeñas (CSM), pero la mayoría de las CSM tienen un potencial farmacológico muy bajo. Por lo tanto, es muy importante predecir las propiedades relacionadas con los fármacos (propiedades farmacocinéticas) para los CSM candidatos. Actualmente, se pueden calcular una serie de propiedades farmacológicas (por ejemplo, logP y pKa) mediante métodos in silico; aún así, la identificación de CSM farmacológicos es una tarea de alto riesgo, y se necesitan cada vez más nuevas métricas cuantitativas para el potencial farmacológico de los CSM. Aquí, presentamos la energía de enlace normalizada (NBE), una nueva métrica para el propósito anterior. Al aplicar NBE a los CSM de DrugBank cuyas propiedades se conocen en gran medida, revelamos que NBE es capaz de describir una serie de propiedades farmacológicas críticas que incluyen logP, pKa, permeabilidad de la membrana, penetración de la barrera hematoencefálica y absorción intestinal humana. Además, dado que los metabolitos endógenos humanos pueden servir como recursos importantes para el descubrimiento de fármacos, aplicamos NBE a los metabolitos en la Base de Datos del Metaboloma Humano. Como resultado, el NBE mostró una diferencia significativa en los metabolitos de varios fluidos corporales y se correlacionó con algunas propiedades importantes, como el punto de fusión y la solubilidad en agua.

Files

pdf.pdf

Files (2.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e75f03e218cb227f9d1754ebe55fd804
2.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مقياس جديد لتحديد الخصائص الكيميائية والبيولوجية لمستقلبات الجزيئات الصغيرة والأدوية
Translated title (French)
Une nouvelle mesure quantifiant la propriété chimique et biologique des métabolites de petites molécules et des médicaments
Translated title (Spanish)
Una nueva métrica que cuantifica la propiedad química y biológica de metabolitos y fármacos de moléculas pequeñas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3113135717
DOI
10.3389/fmolb.2020.594800

Is supplement to
https://openalex.org/W4390739239 (Other)
https://openalex.org/W3204986088 (Other)
https://openalex.org/W3027876220 (Other)
https://openalex.org/W2887866551 (Other)
https://openalex.org/W2619634539 (Other)
https://openalex.org/W2386492977 (Other)
https://openalex.org/W2168363281 (Other)
https://openalex.org/W2151971404 (Other)
https://openalex.org/W2124891985 (Other)
https://openalex.org/W2110781397 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1489601464
  • https://openalex.org/W1541037889
  • https://openalex.org/W1964426728
  • https://openalex.org/W1976557020
  • https://openalex.org/W2033495141
  • https://openalex.org/W2046881237
  • https://openalex.org/W2060917067
  • https://openalex.org/W2070074841
  • https://openalex.org/W2151681059
  • https://openalex.org/W2182593958
  • https://openalex.org/W2338554978
  • https://openalex.org/W2522275115
  • https://openalex.org/W2564049149
  • https://openalex.org/W2765475299
  • https://openalex.org/W2767683865
  • https://openalex.org/W2767891136
  • https://openalex.org/W2803690539
  • https://openalex.org/W2889313194
  • https://openalex.org/W2890631273
  • https://openalex.org/W2920835902
  • https://openalex.org/W2932634309
  • https://openalex.org/W2944625085
  • https://openalex.org/W2952896020
  • https://openalex.org/W2988659688
  • https://openalex.org/W3009954076
  • https://openalex.org/W3041944256
  • https://openalex.org/W3103971085
  • https://openalex.org/W4229948187
  • https://openalex.org/W4233651728
  • https://openalex.org/W631871202