Published March 3, 2022 | Version v1
Publication Open

The Insight of In Silico and In Vitro evaluation of Beta vulgaris phytochemicals against Alzheimer's disease targeting acetylcholinesterase

Creators

  • 1. COMSATS University Islamabad
  • 2. Government College University, Faisalabad
  • 3. Umm al-Qura University
  • 4. Centre of Excellence in Molecular Biology
  • 5. University of the Punjab
  • 6. University of Management and Technology

Description

B. vulgaris extracts possess antioxidant, anti-inflammatory along with its role in improving memory disorders. Subsequently, in vitro and in silico studies of its purified phytochemicals may expand complementary and alternative Alzheimer's therapeutic option. Super activation of acetylcholinesterase enzyme is associated explicitly with Alzheimer's disease (AD) ultimately resulting in senile dementia. Hence, acetylcholinesterase enzyme inhibition is employed as a promising approach for AD treatment. Many FDA approved drugs are unable to cure the disease progression completely. The Present study was devised to explore the potential bioactive phytochemicals of B. vulgaris as alternative therapeutic agents against AD by conducting in vitro and in silico studies. To achieve this, chemical structures of phytochemicals were recruited from PubChem. Further, these compounds were analyzed for their binding affinities towards acetylcholinesterase (AChE) enzyme. Pharmacophoric ligand-based models showed major characteristics like, HBA, HBD, hydrophobicity, aromaticity and positively ionizable surface morphology for receptor binding. Virtual screening identified three hit compounds including betanin, myricetin and folic acid with least binding score compared to the reference drug, donepezil (-17 kcal/mol). Further, in vitro studies for anti-acetylcholinesterase activity of betanin and glycine betaine were performed. Dose response analysis showed 1.271 μM and 1.203 μM 50% inhibitory concentration (IC50) values for betanin and glycine betaine compounds respectively. Our findings indicate that phytoconstituents of B. vulgaris can be implicated as an alternative therapeutic drug candidate for cognitive disorders like Alzheimer's disease.

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

Translated Description (Arabic)

ب. تحتوي مستخلصات الشائع على مضادات الأكسدة ومضادات الالتهابات إلى جانب دورها في تحسين اضطرابات الذاكرة. في وقت لاحق، في المختبر وفي دراسات السيليكو من المواد الكيميائية النباتية المنقاة قد توسع الخيار العلاجي التكميلي والبديل لمرض الزهايمر. يرتبط التنشيط الفائق لإنزيم أستيل كولينستراز بشكل صريح بمرض الزهايمر (AD) مما يؤدي في النهاية إلى خرف الشيخوخة. وبالتالي، يتم استخدام تثبيط إنزيم الأستيل كولينستراز كنهج واعد لعلاج مرض الزهايمر. العديد من الأدوية المعتمدة من إدارة الأغذية والعقاقير غير قادرة على علاج تطور المرض تمامًا. تم تصميم الدراسة الحالية لاستكشاف المواد الكيميائية النباتية النشطة بيولوجيًا المحتملة لـ B. vulgaris كعوامل علاجية بديلة ضد مرض الزهايمر من خلال إجراء دراسات في المختبر وفي السيليكو. ولتحقيق ذلك، تم توظيف التركيبات الكيميائية للمواد الكيميائية النباتية من PubChem. علاوة على ذلك، تم تحليل هذه المركبات من حيث ارتباطها بإنزيم أستيل كولين إستراز (AChE). أظهرت النماذج القائمة على الربيطة الدوائية خصائص رئيسية مثل HBA و HBD و hydrophobicity و aromaticity و مورفولوجيا السطح المؤينة بشكل إيجابي لربط المستقبلات. حدد الفحص الافتراضي ثلاثة مركبات ناجحة بما في ذلك البيتانين والميريسيتين وحمض الفوليك مع أقل درجة ربط مقارنة بالعقار المرجعي، الدونيبيزيل (-17 سعرة حرارية/مول). علاوة على ذلك، تم إجراء دراسات في المختبر للنشاط المضاد للأسيتيل كولين استراز للبيتانين والبيتين الجليسين. أظهر تحليل استجابة الجرعة 1.271 ميكرومتر و 1.203 ميكرومتر 50 ٪ من قيم التركيز المثبط (IC50) لمركبات البيتانين والجلايسين بيتين على التوالي. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن المكونات النباتية لـ B. vulgaris يمكن أن تكون متورطة كدواء علاجي بديل مرشح للاضطرابات المعرفية مثل مرض الزهايمر.

Translated Description (French)

Les extraits de B. vulgaris possèdent un antioxydant, un anti-inflammatoire ainsi qu'un rôle dans l'amélioration des troubles de la mémoire. Par la suite, des études in vitro et in silico de ses composés phytochimiques purifiés peuvent élargir l'option thérapeutique complémentaire et alternative de la maladie d'Alzheimer. La super activation de l'enzyme acétylcholinestérase est explicitement associée à la maladie d'Alzheimer (MA), ce qui entraîne finalement une démence sénile. Par conséquent, l'inhibition de l'enzyme acétylcholinestérase est utilisée comme approche prometteuse pour le traitement de la MA. De nombreux médicaments approuvés par la FDA sont incapables de guérir complètement la progression de la maladie. La présente étude a été conçue pour explorer les composés phytochimiques bioactifs potentiels de B. vulgaris en tant qu'agents thérapeutiques alternatifs contre la MA en menant des études in vitro et in silico. Pour ce faire, des structures chimiques de composés phytochimiques ont été recrutées chez PubChem. De plus, ces composés ont été analysés pour leurs affinités de liaison à l'enzyme acétylcholinestérase (AChE). Les modèles basés sur les ligands pharmacophoriques ont montré des caractéristiques majeures telles que l'HBA, l'HBD, l'hydrophobicité, l'aromaticité et la morphologie de surface ionisable positivement pour la liaison aux récepteurs. Le dépistage virtuel a identifié trois composés hit, notamment la bétanine, la myricétine et l'acide folique, avec le score de liaison le plus faible par rapport au médicament de référence, le donépézil (-17 kcal/mol). De plus, des études in vitro de l'activité anti-acétylcholinestérase de la bétanine et de la glycine bétaïne ont été réalisées. L'analyse dose-réponse a montré des valeurs de 1,271 μM et 1,203 μM de concentration inhibitrice à 50 % (CI50) pour les composés de bétanine et de glycine bétaïne respectivement. Nos résultats indiquent que les phytoconstituants de B. vulgaris peuvent être impliqués en tant que candidat médicament thérapeutique alternatif pour les troubles cognitifs comme la maladie d'Alzheimer.

Translated Description (Spanish)

Los extractos de B. vulgaris poseen propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y su papel en la mejora de los trastornos de la memoria. Posteriormente, los estudios in vitro e in silico de sus fitoquímicos purificados pueden ampliar la opción terapéutica complementaria y alternativa del Alzheimer. La superactivación de la enzima acetilcolinesterasa se asocia explícitamente con la enfermedad de Alzheimer (EA), lo que en última instancia resulta en demencia senil. Por lo tanto, la inhibición de la enzima acetilcolinesterasa se emplea como un enfoque prometedor para el tratamiento de la EA. Muchos medicamentos aprobados por la FDA no pueden curar la progresión de la enfermedad por completo. El presente estudio se ideó para explorar los posibles fitoquímicos bioactivos de B. vulgaris como agentes terapéuticos alternativos contra la EA mediante la realización de estudios in vitro e in silico. Para lograr esto, se reclutaron estructuras químicas de fitoquímicos de PubChem. Además, estos compuestos se analizaron para determinar sus afinidades de unión hacia la enzima acetilcolinesterasa (AChE). Los modelos farmacofóricos basados en ligandos mostraron características principales como HBA, HBD, hidrofobicidad, aromaticidad y morfología de superficie ionizable positivamente para la unión al receptor. El cribado virtual identificó tres compuestos hit que incluyen betanina, miricetina y ácido fólico con la menor puntuación de unión en comparación con el fármaco de referencia, donepezilo (-17 kcal/mol). Además, se realizaron estudios in vitro para la actividad anti-acetilcolinesterasa de betanina y glicina betaína. El análisis de respuesta a la dosis mostró valores de concentración inhibidora del 50% (IC50) de 1,271 μM y 1,203 μM para los compuestos de betanina y glicina betaína, respectivamente. Nuestros hallazgos indican que los fitoconstituyentes de B. vulgaris pueden estar implicados como un candidato a fármaco terapéutico alternativo para trastornos cognitivos como la enfermedad de Alzheimer.

Files

journal.pone.0264074&type=printable.pdf

Files (3.2 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
md5:2bfa6a091d693e4901353837ce96b82b
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نظرة ثاقبة في سيليكو وفي المختبر تقييم بيتا فولغاريس للمواد الكيميائية النباتية ضد مرض الزهايمر التي تستهدف أستيل كولينستراز
Translated title (French)
Aperçu de l'évaluation in silico et in vitro des composés phytochimiques de Beta vulgaris contre la maladie d'Alzheimer ciblant l'acétylcholinestérase
Translated title (Spanish)
El conocimiento de la evaluación in silico e in vitro de los fitoquímicos de Beta vulgaris contra la enfermedad de Alzheimer dirigidos a la acetilcolinesterasa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4214916548
DOI
10.1371/journal.pone.0264074

Is supplement to
https://openalex.org/W4300703342 (Other)
https://openalex.org/W2952093138 (Other)
https://openalex.org/W242793321 (Other)
https://openalex.org/W2411520618 (Other)
https://openalex.org/W2383390938 (Other)
https://openalex.org/W2377197747 (Other)
https://openalex.org/W2112234680 (Other)
https://openalex.org/W2051723148 (Other)
https://openalex.org/W2034914545 (Other)
https://openalex.org/W1967518376 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1562398969
  • https://openalex.org/W1971048984
  • https://openalex.org/W1971878065
  • https://openalex.org/W1972740319
  • https://openalex.org/W1976281831
  • https://openalex.org/W1981737096
  • https://openalex.org/W1982694126
  • https://openalex.org/W2004164125
  • https://openalex.org/W2018836954
  • https://openalex.org/W2022288784
  • https://openalex.org/W2032912899
  • https://openalex.org/W2035581397
  • https://openalex.org/W2047420624
  • https://openalex.org/W2050922416
  • https://openalex.org/W2058433422
  • https://openalex.org/W2058996462
  • https://openalex.org/W2063332424
  • https://openalex.org/W2064715393
  • https://openalex.org/W2073900106
  • https://openalex.org/W2078164813
  • https://openalex.org/W2085907924
  • https://openalex.org/W2094279635
  • https://openalex.org/W2109976139
  • https://openalex.org/W2144820337
  • https://openalex.org/W2263225933
  • https://openalex.org/W2593436234
  • https://openalex.org/W2889758353
  • https://openalex.org/W3000635098
  • https://openalex.org/W3085598747
  • https://openalex.org/W3087419054
  • https://openalex.org/W3096858734
  • https://openalex.org/W3191073477
  • https://openalex.org/W3198797971
  • https://openalex.org/W321926607
  • https://openalex.org/W34156799
  • https://openalex.org/W4211028926