Metode RAPID : Kimia Medisinal

FARMAKOFOR

Dalam suatu bidang farmasis, tentu saja tidak asing mendengar istilah obat. Obat-obatan seiring dengan perkembangan zaman perlu dikembangkan karena semakin banyak model penyakit-penyakit baru yang timbulnya. Sehingga perlu dilakukan modifikasi atau pengembangan dari obat yang lama. Salah satu metode yang dapat digunakan dan yang paling umum diketahui adalah melihat model farmakofor. Tujuan melihat farmakofor adalah adanya interaksi penting antara protein dan ligan.

Farmakofor adalah susunan tiga dimensi dari atom dalam molekul obat yang memungkinkan untuk berikatan dengan reseptor yang diinginkannya dan bertanggung jawab dengan respon biologis karena terikat dengan reseptor yang dikehendakinya.

“Jika ada senyawa-senyawa yang memiliki farmakofor yang sama, maka efek yang dihasilkan juga sama”.

 

Two dimensional of pharmacofors

Three dimensional pharmacofors

PENICILIN

Reseptor obat adalah suatu makromolekul jaringan sel hidup, mengandung gugus fungsional atau atom-atom terorganisasi, reaktif secara kimia dan bersifat spesifik, dapat berinteraksi secara reversibel dengan molekul obat yang mengandung gugus fungsional spesifik, menghasilkan respons biologis yang spesifik pula.

Ada beberapa ikatan yang mendasari identifikasi farmakofor, yaitu :

a.      Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen terbentuk bila ada dua atom saling menggunakan sepasang elektron secara bersama-sama. Ikatan kovalen merupakan ikatan kimia yang paling kuat dengan rata-rata kekuatan ikatan 1000 kkal/mol. Dengan kekuatan ikatan yang tinggi ini, pada suhu normal ikatan bersifat ireversibel dan hanya dapat pecah bila ada pengaruh katalisator enzim tertentu. Interaksi obat-katalisator melalui ikatan kovalen menghasilkan kompleks yang cukup stabil dan sifat ini dapat digunakan untuk tujuan pengobatan tertentu.

b.      Ikatan ion

Ikatan ion adalah ikatan yag dihasilkan oleh daya tarik menarik elektrostatik antara ion-ion yang muatannya berlawanan. Kekuatan tarik-menarik akan makin berkurang bila jarak antar ion makin jauh dan pengurangan tersebut berbanding terbalik dengan jaraknya.

c.       Ikatan hidrogen

Ikatan hidrogen adalah suatu ikatan antara atom H yang mempunyai muatan positif parsial dengan atom lain yang bersifat elektronegatif dan mempunyai sepasang elektron bebas dengan oktet lengkap seperti O, N, F. Atom yang bermuatan positif parsial dapat berinteraksi dengan atom negatif parsial dari molekul atau atom lain yang berbeda ikatan kovalennya dalam satu molekul.

Contoh : H2O

d.       Ikatan Van Der Waal’s

Ikatan van der waal’s merupakan kekuatan tarik-menarik antar molekul atau atom yang tidak bermuatan dan letaknya berdekatan atau jaraknya ± 4-6 Å. Ikatan ini terjadi karena sifat kepolarisasian molekul atau atom. Meskipun secara individu lemah tetapi hasil penjumlahan ikatan van del waal’s merupakan faktor pengikat yang cukup bermakna terutama untuk senyawa-senyawa yang mempunyai berat molekul tinggi. Ikatan van der waal’s terlibat pada interaksi cincin benzen dengan daerah bidang datar reseptor dan pada interaksi rantai hidrokarbon dengan makromolekul protein atau reseptor.

Selain itu studi Farmakofor bisa digunakan untuk  virtual screening dan molecular docking senyawa piperazin terhadap reseptor Kemokine CCR5 sebagai agen anti-kanker prostat. Dimana derivatif senyawa piperazine dimodelkan secara 3D terhadap reseptor CCR5. Penelitian ini menggunakan metode penelusuran farmakofor, virtual screening dan molecular docking pada target reseptor kemokin CCR5 sebagai agen anti-kanker prostat. Penentuan fitur farmakofor dan docking molekul didapatkan berdasarkan Struktur reseptor CCR5 dan ligan aktif yang diperoleh dari Protein Data Bank (www.pdb.org), dengan kode (PDB ID: 4MBS) dan virtual screening terhadap 170.000 senyawa natural product yang didapatkan dari situs (http://zinc.docking.org) lalu ketiganya dimodelkan menggunakan perangkat lunak MOE 2009.10

          Bukti-bukti terbaru menunjukkan peran ganda reseptor kemokin CCR5 dalam mempromosikan pertumbuhan beberapa jenis kanker. Mekanisme promosi tersebut diyakini melibatkan peradangan kronis pada lingkungan mikro yang meningkatkan pertumbuhan tumor. Yakni dengan memblok fungsi reseptor CCR5 dengan senyawa antagonis sehingga dapat menghasilkan pengobatan baru pada penyakit kanker seperti kanker prostat. Dengan adanya penambahan atom nitrogen pada cincin piperazine dapat memungkinkan interaksi ligan dan reseptor dengan memperkuat situs pengikatan antara ligan dan reseptor, namun hasil ini masih perlu untuk dikuatkan dengan penelitian tahap lanjut menggunakan kombinasi analisis farmakofor dan studi docking.

A.   Penelusuran Farmakofor dan virtual screening

Penelusuran farmakofor

Langkah pada pengembangan model farmakofor adalah :

(1) pemilihan sekumpulan ligan aktif yang diketahui untuk terikat pada target yang sama (daerah pengikatan yang sama)

(2) analisis konformasi untuk mengembangkan farmakofor 3D yang umum dan Penentuan Query Pharmacophore dengan menggunakan Molecular Operating Environment (MOE) release 2009.10.

Virtual screening

         Langkah yang umum digunakan pada virtual screening, adalah dengan mendownload terlebih dahulu beberapa ribu senyawa dari zinc¹² databes. Senyawa-senyawa yang telah didownload kemudian disimpan sebagai database dengan format *mol2, lalu dijalankan metode Pharmacophore> Search dengan menggunakan Molecular Operating Environment (MOE) release 2009.10. Senyawa hits selanjutnya dilanjutkan pada studi Docking molekul.

Penelusuran Farmakofor

Alasan lain mengapa pendekatan berbasis farmakofor sering digunakan pada desain obat adalah adanya struktur 3D yang hilang pada banyak makromolekul yang diinginkan. Banyak target obat sekarang ini merupakan membrane-bounde dan sejauh ini hanya beberapa protein membran yang berhasil dikristalisasi. Tidak adanya penentuan secara eksperimen struktur protein 3D, penggunaan pendekatan berdasarkan ligan tidak langsung, termasuk farmakofor, merupakan satu-satunya cara untuk mendesain molekul bioaktif yang baru secara rasional.

Virtual Screening

         Terdapat beragam metode skrining virtual berbasis ligan. Berdasarkan tingkat kecanggihan, biaya komputasi utama, semua tergantung pada jenis informasi struktural yang digunakan. Pada semua kasus, umumnya diperoleh pengayaan signifikan pada pilihan acak dari molekul dalam database. Setelah prosedur pencarian, molekul dengan skor tertinggi dapat dipriotitaskan untuk pengujian eksperimental. Skrining virtual berbasis struktur dari molekul 3D telah berhasil diterapkan untuk menemukan hit baru dalam desain berbasis struktur.

Dengan menggunakan struktur protein dari 4MBS, selanjutnya dibuat query farmakofor dalam program MOE. Tujuan dari penyusunan query farmakofor adalah untuk menjelaskan struktur 3D senyawa turunan piperazine yang penting untuk pengikatan dengan reseptor dan menghasilkan farmakofor yang dapat digunakan untuk mengukur fitur struktur dari reseptor CCR5 yang penting untuk aktivitas biologis dengan melihat residu asam amino yang berperan pada pengikatan. Adapun query farmakofor yang berperan dalam interaksi ligan-reseptor memiliki fitur gugus amin tersier (F1:Acc), gugus donor dan akseptor proton (F2:don&Acc), gugus aromatik (F3:aro), gugus amida (F4:Acc) dan gugus hidrofobik (F5:Hyd.

 

Gambar 1. Query Farmakofor

 

Gambar 2. jarak fitur farmakofor

DAFTAR PUSTAKA

Abraham DJ, Burger’s Medicinal Chemistry and Drug Discovery. 6th ed. Volume 1.Willey Interscience: New York. 2003. h: 289

Arnatt, Christopher K. et al. Design, syntheses, and characterization of pharmacophore based chemokine receptor CCR5 antagonists as anti prostate cancer agents. 2013: h. 647-658, 2014. h: 2319-2323

Nursalam H.,Nur S,D., Fuada H. 2013. Studi Farmakofor, Virtual Screening dan Molecular Docking Senyawa Turunan Piperazine terhadap Reseptor Kemokine CCR5 Sebagai Agen Anti-Kanker Prostat. Jurusan Farmasi, Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan. Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar

Yang., P., Liu H.-C., Chen Y.-D., Yuan H.-L., Sun S.-L., Gao Y.-P., Yang P., Zhang L., Lu T., and Lu S. 2011. Combined Pharmacophore Modeling, Docking, and 3DQSAR Studies of PLK1 Inhibitors, Int. J. Mol. Sci., 12, 8713-8739.

Pertanyaan :

1.   Apa perbedaan dari 4 ikatan yang mendasari identifikasi farmakofor tersebut ?

2.   Apakah RAPID merupakan metode yang paling baik untuk pengembangan obat?

3.   Apa saja langkah dalam pengembangan model farmakofor ?

4.   Mengapa pendekatan farmakofor merupakan metode yang paling sering digunakan dalam desain obat yang baru ?