Published April 22, 2022 | Version v1
Publication Open

Potent Bioactive Compounds From Seaweed Waste to Combat Cancer Through Bioinformatics Investigation

  • 1. Gauhati University
  • 2. Shri Vile Parle Kelavani Mandal
  • 3. West Bengal State Council of Technical Education
  • 4. Universiti Sains Malaysia
  • 5. Universiti Malaysia Kelantan

Description

The seaweed industries generate considerable amounts of waste that must be appropriately managed. This biomass from marine waste is a rich source of high-value bioactive compounds. Thus, this waste can be adequately utilized by recovering the compounds for therapeutic purposes. Histone deacetylases (HDACs) are key epigenetic regulators established as one of the most promising targets for cancer chemotherapy. In the present study, our objective is to find the HDAC 2 inhibitor. We performed top-down in silico methodologies to identify potential HDAC 2 inhibitors by screening compounds from edible seaweed waste. One hundred ninety-three (n = 193) compounds from edible seaweeds were initially screened and filtered with drug-likeness properties using SwissADME. After that, the filtered compounds were followed to further evaluate their binding potential with HDAC 2 protein by using Glide high throughput virtual screening (HTVS), standard precision (SP), extra precision (XP), and quantum polarized ligand docking (QPLD). One compound with higher negative binding energy was selected, and to validate the binding mode and stability of the complex, molecular dynamics (MD) simulations using Desmond were performed. The complex-binding free energy calculation was performed using molecular mechanics-generalized born surface area (MM-GBSA) calculation. Post-MD simulation analyses such as PCA, DCCM, and free energy landscape were also evaluated. The quantum mechanical and electronic properties of the potential bioactive compounds were assessed using the density functional theory (DFT) study. These findings support the use of marine resources like edible seaweed waste for cancer drug development by using its bioactive compounds. The obtained results encourage further in vitro and in vivo research. Our in silico findings show that the compound has a high binding affinity for the catalytic site of the HDAC 2 protein and has drug-likeness properties, and can be utilized in drug development against cancer.

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

Translated Description (Arabic)

تولد صناعات الأعشاب البحرية كميات كبيرة من النفايات التي يجب إدارتها بشكل مناسب. تعد هذه الكتلة الحيوية من النفايات البحرية مصدرًا غنيًا للمركبات النشطة بيولوجيًا عالية القيمة. وبالتالي، يمكن استخدام هذه النفايات بشكل كافٍ عن طريق استعادة المركبات لأغراض علاجية. تعد أسيتيلات الهيستون (HDACs) منظمات جينية رئيسية تم تأسيسها كواحدة من أكثر الأهداف الواعدة للعلاج الكيميائي للسرطان. في هذه الدراسة، هدفنا هو العثور على مثبط HDAC 2. أجرينا منهجيات من أعلى إلى أسفل في السيليكو لتحديد مثبطات HDAC 2 المحتملة عن طريق فحص المركبات من نفايات الأعشاب البحرية الصالحة للأكل. تم فحص مائة وثلاثة وتسعين (ن = 193) مركبًا من الأعشاب البحرية الصالحة للأكل في البداية وتصفيتها باستخدام خصائص شبيهة بالأدوية باستخدام SwissADME. بعد ذلك، تم اتباع المركبات المرشحة لمزيد من تقييم إمكانات الربط مع بروتين HDAC 2 باستخدام الفحص الافتراضي عالي الإنتاجية (HTVS)، والدقة القياسية (SP)، والدقة الإضافية (XP)، والإرساء الكمومي المستقطب (QPLD). تم اختيار مركب واحد ذو طاقة ربط سلبية أعلى، وللتحقق من صحة وضع الربط واستقرار محاكاة الديناميكيات الجزيئية المعقدة (MD) باستخدام Desmond. تم إجراء حساب الطاقة الحرة للربط المعقد باستخدام حساب مساحة السطح المولود بالميكانيكا الجزيئية (MM - GBSA). كما تم تقييم تحليلات محاكاة ما بعد MD مثل PCA و DCCM ومشهد الطاقة الحرة. تم تقييم الخصائص الميكانيكية والإلكترونية الكمومية للمركبات النشطة بيولوجيًا المحتملة باستخدام دراسة النظرية الوظيفية للكثافة (DFT). تدعم هذه النتائج استخدام الموارد البحرية مثل نفايات الأعشاب البحرية الصالحة للأكل لتطوير أدوية السرطان باستخدام مركباتها النشطة بيولوجيًا. تشجع النتائج التي تم الحصول عليها على إجراء المزيد من الأبحاث في المختبر وفي الجسم الحي. تظهر النتائج التي توصلنا إليها في السيليكو أن المركب له تقارب عالٍ في الارتباط بالموقع الحفاز لبروتين HDAC 2 وله خصائص عدم تشابه الأدوية، ويمكن استخدامه في تطوير الأدوية ضد السرطان.

Translated Description (French)

Les industries des algues génèrent des quantités considérables de déchets qui doivent être gérés de manière appropriée. Cette biomasse issue des déchets marins est une riche source de composés bioactifs de grande valeur. Ainsi, ces déchets peuvent être utilisés de manière adéquate en récupérant les composés à des fins thérapeutiques. Les histone désacétylases (HDAC) sont des régulateurs épigénétiques clés établis comme l'une des cibles les plus prometteuses pour la chimiothérapie du cancer. Dans la présente étude, notre objectif est de trouver l'inhibiteur de l'HDAC 2. Nous avons effectué des méthodologies descendantes in silico pour identifier les inhibiteurs potentiels de l'HDAC 2 en criblant les composés des déchets d'algues comestibles. Cent quatre-vingt-treize (n = 193) composés d'algues comestibles ont été initialement criblés et filtrés avec des propriétés similaires à celles des médicaments à l'aide de SwissADME. Après cela, les composés filtrés ont été suivis pour évaluer davantage leur potentiel de liaison avec la protéine HDAC 2 en utilisant le criblage virtuel à haut débit (HTVS), la précision standard (SP), la précision supplémentaire (XP) et l'ancrage de ligand polarisé quantique (QPLD). Un composé avec une énergie de liaison négative plus élevée a été sélectionné, et pour valider le mode de liaison et la stabilité du complexe, des simulations de dynamique moléculaire (DM) utilisant Desmond ont été effectuées. Le calcul de l'énergie libre de liaison aux complexes a été effectué en utilisant le calcul de la surface de naissance généralisée par la mécanique moléculaire (MM-GBSA). Des analyses de simulation post-MD telles que PCA, DCCM et paysage d'énergie libre ont également été évaluées. Les propriétés mécaniques et électroniques quantiques des composés bioactifs potentiels ont été évaluées à l'aide de l'étude de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT). Ces résultats soutiennent l'utilisation de ressources marines comme les déchets d'algues comestibles pour le développement de médicaments contre le cancer en utilisant ses composés bioactifs. Les résultats obtenus encouragent la poursuite des recherches in vitro et in vivo. Nos résultats in silico montrent que le composé a une affinité de liaison élevée pour le site catalytique de la protéine HDAC 2 et a des propriétés de ressemblance avec les médicaments, et peut être utilisé dans le développement de médicaments contre le cancer.

Translated Description (Spanish)

Las industrias de algas generan cantidades considerables de residuos que deben ser gestionados adecuadamente. Esta biomasa de residuos marinos es una rica fuente de compuestos bioactivos de alto valor. Por lo tanto, este desecho se puede utilizar adecuadamente mediante la recuperación de los compuestos con fines terapéuticos. Las histona desacetilasas (HDAC) son reguladores epigenéticos clave establecidos como uno de los objetivos más prometedores para la quimioterapia contra el cáncer. En el presente estudio, nuestro objetivo es encontrar el inhibidor de HDAC 2. Realizamos metodologías in silico de arriba hacia abajo para identificar posibles inhibidores de HDAC 2 mediante el cribado de compuestos de desechos de algas comestibles. Ciento noventa y tres (n = 193) compuestos de algas comestibles se examinaron y filtraron inicialmente con propiedades de semejanza a los medicamentos utilizando SwissADME. Después de eso, los compuestos filtrados se siguieron para evaluar aún más su potencial de unión con la proteína HDAC 2 mediante el uso de detección virtual de alto rendimiento Glide (HTVS), precisión estándar (SP), precisión adicional (XP) y acoplamiento de ligando polarizado cuántico (QPLD). Se seleccionó un compuesto con mayor energía de unión negativa y, para validar el modo de unión y la estabilidad del complejo, se realizaron simulaciones de dinámica molecular (MD) utilizando Desmond. El cálculo de la energía libre de unión al complejo se realizó utilizando el cálculo del área de superficie de nacimiento generalizado por mecánica molecular (MM-GBSA). También se evaluaron los análisis de simulación posteriores a la DM, como PCA, DCCM y panorama de energía libre. Las propiedades mecánicas cuánticas y electrónicas de los compuestos bioactivos potenciales se evaluaron utilizando el estudio de la teoría funcional de densidad (DFT). Estos hallazgos apoyan el uso de recursos marinos como los residuos de algas comestibles para el desarrollo de fármacos contra el cáncer mediante el uso de sus compuestos bioactivos. Los resultados obtenidos fomentan una mayor investigación in vitro e in vivo. Nuestros hallazgos in silico muestran que el compuesto tiene una alta afinidad de unión por el sitio catalítico de la proteína HDAC 2 y tiene propiedades de semejanza a fármacos, y se puede utilizar en el desarrollo de fármacos contra el cáncer.

Files

pdf.pdf

Files (3.8 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
md5:80be549ec4e4b54665f278c7044b42eb
3.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مركبات نشطة بيولوجيًا قوية من نفايات الأعشاب البحرية لمكافحة السرطان من خلال فحص المعلوماتية الحيوية
Translated title (French)
Composés bioactifs puissants issus des déchets d'algues pour lutter contre le cancer grâce à la recherche en bioinformatique
Translated title (Spanish)
Potentes compuestos bioactivos de residuos de algas marinas para combatir el cáncer a través de la investigación bioinformática

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4224251179
DOI
10.3389/fnut.2022.889276

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1774751797
  • https://openalex.org/W1972758026
  • https://openalex.org/W1976499671
  • https://openalex.org/W1981045787
  • https://openalex.org/W1993496827
  • https://openalex.org/W2009867031
  • https://openalex.org/W2021832765
  • https://openalex.org/W2041189078
  • https://openalex.org/W2043509228
  • https://openalex.org/W2046542967
  • https://openalex.org/W2051381895
  • https://openalex.org/W2052907531
  • https://openalex.org/W2060079863
  • https://openalex.org/W2069506489
  • https://openalex.org/W2086634221
  • https://openalex.org/W2105649494
  • https://openalex.org/W2132629607
  • https://openalex.org/W2135732933
  • https://openalex.org/W2330706684
  • https://openalex.org/W2338095209
  • https://openalex.org/W2514818963
  • https://openalex.org/W2549735568
  • https://openalex.org/W2593436234
  • https://openalex.org/W2735451518
  • https://openalex.org/W2783502968
  • https://openalex.org/W2898599156
  • https://openalex.org/W2902262539
  • https://openalex.org/W2910548147
  • https://openalex.org/W2910882956
  • https://openalex.org/W2942798481
  • https://openalex.org/W2978641965
  • https://openalex.org/W2991643258
  • https://openalex.org/W2995168852
  • https://openalex.org/W3023887145
  • https://openalex.org/W3036997165
  • https://openalex.org/W3037165409
  • https://openalex.org/W3039236515
  • https://openalex.org/W3042095741
  • https://openalex.org/W3049368626
  • https://openalex.org/W3083535621
  • https://openalex.org/W3091915487
  • https://openalex.org/W3093033279
  • https://openalex.org/W3093273025
  • https://openalex.org/W3103818981
  • https://openalex.org/W3107333452
  • https://openalex.org/W3112392685
  • https://openalex.org/W3118765756
  • https://openalex.org/W3120744279
  • https://openalex.org/W3122375738
  • https://openalex.org/W3127691087
  • https://openalex.org/W3131420733
  • https://openalex.org/W3149078497
  • https://openalex.org/W3155965842
  • https://openalex.org/W3157661546
  • https://openalex.org/W3164501935
  • https://openalex.org/W3170353867
  • https://openalex.org/W3175124992
  • https://openalex.org/W3180093102
  • https://openalex.org/W3184651106
  • https://openalex.org/W3192374280
  • https://openalex.org/W3196257682
  • https://openalex.org/W3201980002
  • https://openalex.org/W3203959528
  • https://openalex.org/W3204221006
  • https://openalex.org/W3210117516
  • https://openalex.org/W3215650221
  • https://openalex.org/W4200359149
  • https://openalex.org/W4205531235
  • https://openalex.org/W4206077012
  • https://openalex.org/W4206508314
  • https://openalex.org/W4211045042
  • https://openalex.org/W4213219516
  • https://openalex.org/W4248107770