Gambar 4. Alur Tahapan Prosedur
3. Hasil dan Pembahasan
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan senyawa modifikasi struktur emodin sebagai ligan aktif pada RE-α melalui protokol penambatan molekuler oleh
Setiawati et al. (2014) dan post-docking analysis oleh Istyastono (2015). Berdasarkan hasil inspeksi visual pada penelitian in silico senyawa emodin yang dilakukan oleh Liliana (2015), maka diperoleh sepuluh desain senyawa modifikasi struktur emodin beserta hasil penambatan lima replikasi berupa skor ChemPLP yang ditampilkan pada Gambar 5 dan PLIF bitstring pada tabel IV.
Inspeksi visual
Desain senyawa modifikasi struktur emodin siap skrining
Penambatan senyawa modifikasi emodin
Post-docking analysis
Inaktif Aktif
8
9
Tabel III. Nama IUPAC desain modifikasi struktur emodin kode Fito1-Fito10
Kode Nama IUPAC
Fito1 4-hydroxyphenyl 4,5,7-tris(4-hydroxyphenoxy)-9,10-dioxo- 9,10-dihydroanthracene-2-carboxylate Fito2 6,8-bis[(2-aminoacetyl)oxy]-3-methyl-9,10-dioxo-9,10-dihydroanthracen-1-yl 2-aminoacetate Fito3 6,8-bis[(2-aminopropanoyl)oxy]-3-methyl-9,10-dioxo-9,10-dihydroanthracen-1-yl 2-aminopropanoate Fito4 6,8-bis[(2-hydroxyacetyl)oxy]-3-methyl-9,10-dioxo-9,10-dihydroanthracen-1-yl 2-hydroxyacetate Fito5 1,3,8-tris(2-hydroxyphenoxy)-6-methyl-9,10- dihydroanthracene-9,10-dione
Fito6 1,3,8-tris(4-hydroxyphenoxy)-6-methyl-9,10- dihydroanthracene-9,10-dione
Fito7 1,3,8-tris(4-hydroxyphenoxy)-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito8 4-hydroxyphenyl 4,5,7-tris(4-hydroxyphenoxy)-9,10-dioxo-
9,10-dihydroanthracene-2-carboxylate
Fito9 4,5,7-trihydroxy-9,10-dioxo 9,10-dihydroanthracene-2-carboxylic acid
Fito10 4-hydroxyphenyl 4,5,7-trihydroxy-9,10-dioxo-9,10 dihydroanthracene-2-carboxylate
Tabel IV. Luaran penambatan desain modifikasi emodin kode Fito1-Fito10 berdasarkan bitstring penting dalam decision tree
Nama file Bitstring Aktivitas 3 2 0 2 4 2 1 1 7 4 1 1 4 7 3 1 0 5 2 0 1 4 7 0 1 7 0 1 7 1 3 2 3
Fito1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 Tidak aktif Fito2 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 Tidak aktif Fito3 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 Tidak aktif Fito4 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 Tidak aktif Fito5 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 Tidak aktif Fito6 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 Tidak aktif Fito7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Tidak aktif Fito8 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 Tidak aktif Fito9 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 Tidak aktif Fito10 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 Tidak aktif
10
Hasil penambatan kesepuluh desain modifikasi struktur emodin menggunakan protokol Setiawati et al. (2014) dan post-docking analysis oleh Istyastono (2015) dengan taraf kepercayaan 95% menggunakan metode RPART menunjukkan desain tersebut inaktif terhadap RE-α.
Berdasarkan penelitian Herlynda (2016), diperoleh desain senyawa ligan aktif terhadap RE-α dengan memodifikasi senyawa 2,6-dihydroxyanthraquinone yang juga menggunakan protokol Setiawati et al. (2014) dan post-docking analysis oleh Istyastono (2015). Pada penelitian tersebut, gugus hidroksil dari senyawa 2,6-dihydroxyanthraquinone diganti dengan gugus eter yang berikatan dengan fenol. Struktur senyawa 2,6-dihydroxyanthraquinone merupakan golongan yang sama dengan emodin yaitu golongan anthraquinone. Oleh karena itu, mengacu pada penelitian Herlynda (2016) dibuat tujuh belas desain modifikasi struktur dengan mengganti gugus fenol dengan gugus aromatis heterosiklik yang berikatan dengan hidroksil yang ditunjukkan pada Gambar 6 dan Gambar 7 beserta hasil penambatan berupa skor ChemPLP dan PLIF bitstring pada tabel VI. Senyawa aromatis mempunyai interaksi yang lebih baik dari senyawa alifatis karena bentuk aromatis yang flat sehingga mempunyai interaksi yang baik dengan hydrophobic binding region sedangkan senyawa alifatis berbentuk bulky sehingga mempunyai interaksi yang buruk dengan hydrophobic binding region.
11
12
Tabel V. Nama IUPAC desain modifikasi struktur emodin kode Fito11-Fito27
Kode Nama IUPAC
Fito11 2,6-bis[(5-hydroxypyridin-2yl)]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito12 2,6-bis[(5-hydroxy-1H-pyrrol-3-yl)oxy]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito13 2,6-bis[(2-hydroxypyrimidin-5-yl)oxy]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito14 2,6-bis[(5-hydroxypyrazin-2-yl)oxy]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito15 2,6-bis[(5-hydroxyfuran-3-yl)oxy]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito16 2,6-bis[(5-hydroxy-1H-imidazol-2-yl)oxy]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito17 2,6-bis[(5-hydroxythiophen-2-yl)oxy]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito18 2,6-bis[(4-hydroxy-1,3-thiazol-2-yl)oxy]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito19 2,6-bis[(5-hydroxy-4H-pyran-2-yl)oxy]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito20 2,6-bis[(6-hydroxy-2H-pyran-3-yl)oxy]-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito21 2,6-bis({[5-(hydroxymethyl)-1H-pyrrol-3-yl]oxy})-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito22 2,6-bis({[5-(hydroxymethyl)furan-3-yl]oxy})-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito23 2,6-bis({[4,5-bis(hydroxymethyl)-1-methyl-1H-imidazol-2-yl]oxy})-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito24 2,6-bis({[5-(hydroxymethyl)thiophen-2-yl]oxy})-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito25 2,6-bis({[4-(hydroxymethyl)-1,3-thiazol-2-yl]oxy})-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione Fito26 2,6-bis[(5-hydroxy-4-oxo-4H-pyran-2-yl)methoxy]-9,10-dihydroanthracene- Fito27 2,6-bis({[5-acetyl-6-(hydroxymethyl)-2-oxo-2H-pyran-3-yl]oxy})-9,10-dihydroanthracene-9,10-dione
13
Tabel VI. Luaran penambatan desain modifikasi emodin II berdasarkan bitstring penting dalam decision tree
Nama file Bitstring Aktivitas 3 2 0 2 4 2 1 1 7 4 1 1 4 7 3 1 0 5 2 0 1 4 7 0 1 7 0 1 7 1 3 2 3 Fito11 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 Aktif Fito12 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 Aktif Fito13 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 Tidak aktif Fito14 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 Aktif Fito15 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 Tidak aktif Fito16 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 Tidak aktif Fito17 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 Aktif Fito18 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 Tidak aktif Fito19 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 Tidak aktif Fito20 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 Tidak aktif Fito21 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 Tidak aktif Fito22 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 Tidak aktif Fito23 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 Tidak aktif Fito24 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 Aktif Fito25 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 Aktif Fito26 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 Tidak aktif Fito27 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Tidak aktif
*Ket : 1 = Aktif, 0 = Tidak aktif
Hasil penambatan tujuh belas desain modifikasi struktur emodin menggunakan protokol Setiawati et al. (2014) dan post-docking analysis oleh Istyastono (2015) dengan taraf kepercayaan 95% menggunakan metode RPART terdapat enam desain senyawa yang merupakan ligan aktif pada kantung ikatan
RE-α. Desain senyawa yang merupakan ligan aktif adalah desain kode Fito11, Fito12,
Fito14, Fito17, Fito24, dan Fito25, masing-masing desain dimodifikasi berturut-turut yaitu menggunakan gugus piridin berikatan dengan hidroksil, pyrrole berikatan dengan hidroksil, pyrazine berikatan dengan hidroksil, thiophene berikatan dengan hidroksil, thiophene berikatan dengan metanol, thiazole berikatan dengan metanol.
14
Desain Fito11, Fto12, Fito14, Fito17, Fito24, Fito25 mempunyai skor
ChemPLP terendah secara berturut-turut yaitu -94,6361; -93,1833; -89,3156; -91,4631; -92,2775; dan -92,7708. Seluruh desain tersebut juga mempunyai alur
pada decision tree yang sama yaitu aktif pada bitstring 242 (ARG394) dan 201 (LEU387) serta mempunyai skor ChemPLP <-85,23 yang ditunjukkan pada gambar 8.
Gambar 8. Alur decision tree yang dilalui desain kode Fito11, Fito12, Fito14, Fito17, Fito24, dan Fito25
Hasil dari penambatan lima replikasi desain modifikasi emodin dilanjutkan dengan visualisasi ikatan antara senyawa yang didesain dengan reseptor dalam kantung ikatan RE-α menggunakan PyMOL. Visualisasi dilakukan pada kelima replikasi, kemudian dipilih satu pose terbaik yaitu dengan skor ChemPLP terendah.
15
Tabel VII. Skor ChemPLP lima replikasi desain modifikasi struktur aktif pada RE-α
Replikasi Skor ChemPLP
Fito11 Fito12 Fito14 Fito17 Fito24 Fito25 1 -94,6361 -93,0925 -89,2704 -91,4571 -92,1898 -92,7270 2 -94,6071 -92,7575 -89,2766 -91,4631 -92,2041 -92,7071 3 -94,6210 -93,1833 -89,3156 -91,4428 -92,2510 -92,6420 4 -94,5906 -92,5864 -89,3055 -91,4588 -91,6777 -91,7708 5 -94,6067 -92,7191 -89,2977 -91,4533 -92,2775 -92,7385
Visualisasi pose Fito11 dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan ikatan
hidrogen dengan residu ARG394 yang bertindak sebagai donor hidrogen. Ikatan hidrogen dengan backbone tampak yaitu dengan LEU387 yang bertindak sebagai akseptor hidrogen. Fito11 berinteraksi non polar dengan CYS530, TRP383, dan LEU387. Fito11 juga berinteraksi secara aromatik edge-to-face dengan TRP383. Pose Fito11 dari lima replikasi dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan interaksi yang sama (Gambar 9).
Visualisasi pose Fito12 dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan ikatan
hidrogen dengan residu ARG394 yang bertindak sebagai donor hidrogen dan GLU353 yang bertindak sebagai akseptor hidrogen. Ikatan hidrogen dengan backbone tampak yaitu dengan LEU387 yang bertindak sebagai akseptor hidrogen. Fito12 berinteraksi secara non polar dengan TRP383 dan LEU387. Fito12 juga berinteraksi secara aromatik edge-to-face dengan TRP383. Pose Fito12 dari lima replikasi dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan interaksi yang sama
(Gambar10).
Visualisasi pose Fito14 dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan ikatan
hidrogen dengan residu ARG394 yang bertindak sebagai donor hidrogen. Ikatan hidrogen dengan backbone juga tampak yaitu LEU387 yang bertindak sebagai akseptor hidrogen. Fito14 berinteraksi secara non polar dengan LEU387, TRP383, dan CYS530. Fito14 juga berinteraksi secara aromatik edge-to-face dengan TRP383. Pose Fito14 dari lima replikasi dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan
16
Visualisasi pose Fito17 dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan ikatan
hidrogen dengan residu ARG394 yang bertindak sebagai donor hidrogen. Ikatan hidrogen backbone tampak yaitu dengan LEU387 yang bertindak sebagai akseptor hidrogen dan MET528 yang bertindak sebagai akseptor hidrogen. Interaksi non polar juga tampak yaitu dengan LEU387, TRP383, dan CYS530. Fito17 juga berinteraksi secara aromatik edge-to-face dengan TRP383. Pose Fito17 dari lima replikasi dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan interaksi yang sama
(Gambar12).
Pose Fito24 dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan ikatan hidrogen
dengan residu ARG394 yang bertindak sebagai donor hidrogen. Ikatan hidrogen dengan backbone tampak yaitu dengan LEU387 dan LEU525 yang keduanya bertindak sebagai akseptor hidrogen. Interaksi non polar juga tampak yaitu dengan LEU387, CYS530, dan TRP383. Fito24 juga berinteraksi secara aromatik edge-to-face dengan TRP383. Pose Fito24 dari lima replikasi dalam kantung ikatan RE-α
menunjukkan interaksi yang sama (Gambar13).
Pose Fito25 dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan ikatan hidrogen
dengan residu ARG394 yang bertindak sebagai donor hidrogen. Ikatan hidrogen dengan backbone juga tampak yaitu dengan LEU387 dan MET528 yang keduanya bertindak sebagai akseptor hidrogen. Interaksi non polar juga tampak yaitu dengan LEU387, CYS530, dan TRP383. Fito25 juga berinteraksi secara aromatik edge-to-face dengan TRP383. Pose Fito25 dari lima replikasi dalam kantung ikatan RE-α
17
(a) (b)
Gambar 9. (a) Visualisasi replikasi pose desain Fito11 pada kantung ikatan RE-α.
(b) Visualisasi pose desain Fito11 pada kantung ikatan RE-α
(a) (b)
Gambar 10. (a) Visualisasi replikasi pose desain Fito12 pada kantung ikatan
18
(a) (b)
Gambar 11. (a) Visualisasi replikasi pose desain Fito14 pada kantung ikatan
RE-α. (b) Visualisasi pose desain Fito14 pada kantung ikatan RE-α
(a) (b)
Gambar 12. (a) Visualisasi replikasi pose desain Fito17 pada kantung ikatan
19
(a) (b)
Gambar 13. (a) Visualisasi replikasi pose desain Fito24 pada kantung ikatan
RE-α. (b) Visualisasi pose desain Fito24 pada kantung ikatan RE-α
(a) (b)
Gambar 14. (a) Visualisasi replikasi pose desain Fito25 pada kantung ikatan
RE-α. (b) Visualisasi pose desain Fito25 pada kantung ikatan RE-α
Pada struktur desain modifikasi yang merupakan ligan aktif kemudian dilakukan analisis diskoneksi dan penentuan rute sintesisnya. Struktur Fito11
20
didiskoneksi dengan memotong ikatan antara atom O gugus eter dengan atom C dari piridin sehingga diperoleh 2,6-dihydroxyanthraquinone dan 2-chloro-5-hydroxypiridine sebagai starting material yang tersedia di Sigma Aldrich (Gambar 15). Berdasarkan analisis diskoneksi tersebut, maka dibuat usulan rute sintesis senyawa Fito11 dengan reaksi substitusi nukleofilik aromatis antara 2,6-dihydroxyanthraquinone dan 2-chloro-5-hydroxypiridine menggunakan katalis NaOH (Gambar16).
Gambar 15. Mekanisme diskoneksi desain Fito11
Gambar 16. Mekanisme reaksi sintesis desain Fito11
Struktur Fito12 didiskoneksi dengan memotong ikatan antara atom O gugus eter dengan atom C dari pyrrol, sehingga diperoleh 2,6-dihydroxyanthraquinone
21
dan 4-chloro-1H-pyrrol-2-ol sebagai starting material (Gambar17). Berdasarkan analisis diskoneksi tersebut, tidak ditemukan starting material yang tersedia, maka tidak ada usulan jalur sintesis Fito12.
Gambar 17. Mekanisme diskoneksi desain Fito12
Struktur Fito14 didiskoneksi dengan memotong ikatan antara atom O gugus eter dengan atom C dari pyrrazine sehingga diperoleh 2,6-dihydroxyanthraquinone dan 2-bromo-5-hydroxypyrrazine sebagai starting material yang tersedia di Sigma Aldrich (Gambar 18). Usulan rute sintesis senyawa Fito14 yaitu dengan reaksi substitusi nukleofilik aromatis antara 2,6-dihydroxyanthraquinone dan 2-bromo-5-hydroxypirazine dengan katalis NaOH (Gambar19).
22
Gambar 19. Mekanisme reaksi sintesis desain Fito14
Struktur Fito17 didiskoneksi dengan memotong ikatan antara atom O gugus eter dengan atom C dari thiophene sehingga diperoleh 2,6-dihydroxyanthraquinone dan 5-Chlorothiophene-2-ol sebagai starting material (Gambar20). Berdasarkan analisis diskoneksi tersebut, tidak ditemukan starting material yang tersedia, maka tidak ada usulan jalur sintesis Fito17.
23
Struktur Fito24 didiskoneksi dengan memotong ikatan antara atom O gugus eter dengan atom C dari thiophene sehingga diperoleh 2,6-dihydroxyanthraquinone dan 5-Chlorothiophene-2-carboxylic acid sebagai starting material yang tersedia di Sigma Aldrich (Gambar 21). Usulan rute sintesis senyawa Fito24 menggunakan dua tahap yaitu reaksi reduksi 5-Chlorothiophene-2-carboxylic acid menjadi (5-chlorothiophen-2-yl)methanol kemudian dilanjutkan substitusi nukleofilik aromatis antara 2,6-dihydroxyanthraquinone dan (5-chlorothiophen-2-yl)methanol dengan katalis NaOH. (Gambar22).
24
Gambar 22. Mekanisme reaksi sintesis desain Fito24
Struktur Fito25 didiskoneksi dengan memotong ikatan antara atom O gugus eter dengan atom C dari thiazole sehingga diperoleh sinton 2,6-dihydroxyanthraquinone dan 2-Chlorothiazole-4-carboxylic acid sebagai starting material yang tersedia di Sigma Aldrich (Gambar 23). Usulan rute sintesis senyawa Fito24 menggunakan dua tahap yaitu reaksi reduksi 2-Chlorothiazole-4-carboxylic acid menjadi (2-chloro-1,3-thiazol-4-yl)methanol kemudian dilanjutkan substitusi nukleofilik aromatis antara 2,6-dihydroxyanthraquinone dan (2-chloro-1,3-thiazol-4-yl)methanol dengan katalis NaOH. (Gambar24).
25
Gambar 23. Mekanisme diskoneksi desain Fito25
26