J Pharm Pharmacogn Res 9(4): 484-496, 2021.

Original article

Molecular docking study of sea urchin (Arbacia lixula) peptides as multi-target inhibitor for non-small cell lung cancer (NSCLC) associated proteins

[Estudio de acoplamiento molecular de péptidos de erizo de mar (Arbacia lixula) como inhibidor de múltiples objetivos para proteínas asociadas al cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC)]

Muhammad Hermawan Widyananda^1,2, Setyaki Kevin Pratama¹, Rizky Senna Samoedra¹, Fikriya Novita Sari¹, Viol Dhea Kharisma², Arif Nur Muhammad Ansori³, Yulanda Antonius^4*

¹Laboratory of Animal Physiology, Structure, and Growth, Biology Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Brawijaya University, Malang, Indonesia.

²Division of Molecular Biology and Genetics, Generasi Biologi Indonesia Foundation, Gresik, Indonesia.

³Doctoral Program in Veterinary Science, Faculty of Veterinary Medicine, Universitas Airlangga, Surabaya, Indonesia.

⁴Faculty of Biotechnology, University of Surabaya, Surabaya, Indonesia.

*E-mail: yulandaantonius@staff.ubaya.ac.id

Abstract

Context: Lung cancer is a type of cancer that causes the most deaths worldwide. The most common type of lung cancer is non-small cell lung cancer (NSCLC). Sea urchin (Arbacia lixula) has high potential as an anti-NSCLC agent.

Aims: To analyze the anticancer activity of peptides from A. lixula coelomic fluid in inhibiting the activity of NSCLC-related proteins.

Methods: Peptide modeling was performed using the PEP-FOLD3 web server. Proteins that have a crucial role in NSCLC progression were determined using KEGG pathway database. 3D protein structures such as EGFR, PI3K, BRAF V600E, and JAK3 were taken from the RCSB PDB database. Docking was performed using Autodock Vina software. Docking results analysis was carried out using Discovery Studio 2019 software.

Results: Some peptides bind to the active sites with low binding affinity. Peptide 10 binds to the active site of the EGFR with a binding affinity of -9 kcal/mol. Peptide 5 binds to the active sites of PI3K and BRAF V600E with binding affinity of -8.2 and -8.1 kcal/mol, respectively. Peptide 11 binds to the active site of JAK3 with a binding affinity of -8.1 kcal/mol. All of these peptides have lower binding affinity than ATP as the native ligand. Besides, these peptides also produce more hydrogen bonds than ATP, so they are predicted to be more stable.

Conclusions: Peptides 10, 5, and 11 have high potential as anti-NSCLC agents because they can inhibit the activity of proteins that play an essential role in the growth of NSCLC, namely EGFR, PI3K, BRAF V600E, and JAK3 through the competitive ATP inhibitor mechanism.

Keywords: Arbacia lixula; molecular docking; non-small cell lung cancer.

Resumen

Contexto: El cáncer de pulmón es un tipo de cáncer que causa la mayoría de las muertes en todo el mundo. El tipo más común de cáncer de pulmón es el cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC). El erizo de mar (Arbacia lixula) tiene un alto potencial como agente anti-NSCLC.

Objetivos: Analizar la actividad anticancerígena de péptidos del líquido celómico de A. lixula en la inhibición de la actividad de proteínas relacionadas con NSCLC.

Métodos: El modelado de péptidos se realizó utilizando el servidor web PEP-FOLD3. Las proteínas que tienen un papel crucial en la progresión del NSCLC se determinaron utilizando la base de datos de la vía KEGG. Las estructuras de proteínas 3D como EGFR, PI3K, BRAF V600E y JAK3 se tomaron de la base de datos RCSB PDB. El acoplamiento se realizó utilizando el software Autodock Vina. El análisis de los resultados del acoplamiento se llevó a cabo utilizando el software Discovery Studio 2019.

Resultados: Algunos péptidos se unen a los sitios activos con baja afinidad de unión. El péptido 10 se une al sitio activo del EGFR con una afinidad de unión de -9 kcal/mol. El péptido 5 se une a los sitios activos de PI3K y BRAF V600E con una afinidad de unión de -8,2 y -8,1 kcal/mol, respectivamente. El péptido 11 se une al sitio activo de JAK3 con una afinidad de unión de -8,1 kcal/mol. Todos estos péptidos tienen menor afinidad de unión que el ATP como ligando nativo. Además, estos péptidos también producen más enlaces de hidrógeno que el ATP, por lo que se prevé que sean más estables.

Conclusiones: Los péptidos 10, 5 y 11 tienen un alto potencial como agentes anti-NSCLC porque pueden inhibir la actividad de proteínas que juegan un papel esencial en el crecimiento del NSCLC, a saber, EGFR, PI3K, BRAF V600E y JAK3 a través del mecanismo inhibidor de ATP competitivo.

Palabras Clave: acoplamiento molecular; Arbacia lixula; cáncer de pulmón de células no pequeñas.

Citation Format: Widyananda MH, Pratama SK, Samoedra RS, Sari FN, Kharisma VD, Ansori ANM, Antonius Y (2021) Molecular docking study of sea urchin (Arbacia lixula) peptides as multi-target inhibitor for non-small cell lung cancer (NSCLC) associated proteins. J Pharm Pharmacogn Res 9(4): 484–496.

© 2021 Journal of Pharmacy & Pharmacognosy Research (JPPRes)