Virtual screening, pharmacokinetic, and DFT studies of anticancer compounds as potential V600E-BRAF kinase inhibitors

J Taibah Univ Med Sci. 2023 Feb 4;18(5):933-946. doi: 10.1016/j.jtumed.2023.01.013. eCollection 2023 Oct.

Abstract

Objectives: V600E-BRAF kinase is an essential therapeutic target in melanoma and other types of tumors. Because of its resistance to known inhibitors and the adverse effects of some identified inhibitors, investigation of new potent inhibitors is necessary.

Methods: In the present work, in silico strategies such as molecular docking simulation, pharmacokinetic evaluation, and density functional theory (DFT) computations were used to identify potential V600E-BRAF inhibitors from a set of 72 anticancer compounds in the PubChem database.

Results: Five top-ranked molecules (12, 15, 30, 31, and 35) with excellent docking scores (MolDock score ≥90 kcal mol-1, Rerank score ≥60 kcal mol-1) were selected. Several potential binding interactions were discovered between the molecules and V600E-BRAF. The formation of H-bonds and hydrophobic interactions with essential residues of V600E-BRAF suggested the high stability of these complexes. The selected compounds had excellent pharmacological properties according to the drug likeness rules (bioavailability) and pharmacokinetic properties. Similarly, the energy for the frontier molecular orbitals, such as the HOMO, LUMO, energy gap, and other reactivity parameters, was computed with DFT. The frontier molecular orbital surfaces and electrostatic potentials were investigated to demonstrate the charge-density distributions potentially associated with anticancer activity.

Conclusion: The identified compounds were found to be potent hit compounds for V600E-BRAF inhibition with superior pharmacokinetic properties; therefore, they may be promising cancer drug candidates.

أهداف البحث: كيناز "ب.ر.أ. ف-في. 600.إي". هو هدف علاجي أساسي في سرطان الجلد وأنواع أخرى من الأورام. تستلزم مقاومته للمثبطات والآثار الجانبية المعروفة لبعض المثبطات المحددة الاستقصاء عن مثبطات جديدة وفعالة.

طرق البحث: في العمل الحالي، تم استخدام استراتيجيات في السيليكون مثل محاكاة الالتحام الجزيئي وتقييم الحرائك الدوائية وحسابات نظرية الكثافة الوظيفية لتحديد مثبطات "ب.ر.أ. ف-في. 600.إي" المحتملة من مجموعة من 72 مركبا مضادا للسرطان من قاعدة بيانات "بوبكيم".

النتائج: ما مجموعه خمسة جزيئات من الدرجة الأولى (12 ، 15 ، 30 ، 31 ، 35) مع درجات رائعة في الالتحام (درجة مولدوك:> 90 كيلو كالوري مول -1 ، ونقاط إعادة التصنيف:> 60 كيلو كالوري مول -1) تم اختيارها. تم اكتشاف العديد من تفاعلات الارتباط المحتملة بين الجزيئات المقترحة و "ب.ر.أ. ف-في. 600.إي". أثبت ظهور الروابط الهيدروجينية والتفاعلات الكارهة للماء مع المخلفات الأساسية لـ "ب.ر.أ. ف-في. 600.إي" الثبات العالي لهذه المجمعات. أظهرت المركبات المختارة خصائص دوائية فائقة وفقا لقواعد التشابه الدوائي (التوافر البيولوجي) وخصائص الحرائك الدوائية. وبالمثل، تم حساب الطاقة الخاصة بالمدارات الجزيئية الحدودية مثل المدار الجزيئي الأعلى المشغول، وأدنى المدار الجزيئي غير المشغول، وفجوة الطاقة، ومعلمات التفاعل الأخرى باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية. تم فحص الأسطح المدارية الجزيئية الحدودية والإمكانات الكهروستاتيكية لإثبات توزيعات كثافة الشحنة التي قد تكون مرتبطة بالنشاط المضاد للسرطان.

الاستنتاجات: وبالتالي، تم التعرف على المركبات المختارة كضربات قوية لـ "ب.ر.أ. ف-في. 600.إي". بخصائص حركية دوائية فائقة، ويمكن اقتراحها كعقاقير مرشحة واعدة للسرطان.

Keywords: ADMET; DFT; Drug likeness; Molecular docking; V600E-BRAF.