NASKAH PUBLIKASI
ALFIN GHOZIUL FA’IQ
PREDIKSI AKTIVITAS ANALGESIK DAN ADMET SENYAWA TURUNAN N-benzoyl-N’-
phenylthiourea (3) SECARA IN SILICO [(3): 3,4-Cl 2 ; 4-CF 3 ; 4-NO 2 ; 4-Br; 4F-3CF 3 ]
PROGRAM STUDI FARMASI FAKULTAS ILMU KESEHATAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2023
1 ABSTRACT
PREDICTION OF ANALGESIC ACTIVITY AND ADMET OF N-benzoyl- N’-phenylthiourea (3) COMPOUND DERIVATIVES USING IN SILICO
METHOD
Alfin Ghoziul Fa’iq(1), Bambang Tri Purwanto(2), M. Artabah Muchlisin(3)
1Department of Pharmacy, Faculty of Health Science, University of Muhammadiyah Malang, Malang
2Department of Pharmaceutical Chemistry, Faculty of Pharmacy, Airlangga University, Surabaya
*Email: [email protected]
Pain is an illness or symptom that is commonly experienced by many people.
Studies show that up to 50% of community-dwelling seniors and 45% to 80% of nursing home residents suffer from this problem. COX-2 is an inducible COX isoform that will experience increased expression during inflammation. Celecoxib is an analgesic drug that contains a urea group and works by inhibiting pain receptors or COX-2. Predicting the analgesic activity and pharmacokinetic profile (ADMET) of the N-benzoyl-N'-phenylthiourea-derived compound (3) compared to the positive control (parent compound and celecoxib). Prediction of analgesic activity through molecular docking with PyRx autodock software (4.2.1).
Pharmacokinetic profile prediction (ADMET) using pkCSM webserver. The results showed that N-benzoyl-N'-phenylthiourea-derived compounds (3), namely compounds S1, S2, S3, S4 and S5 have lower binding energy and predicted inhibition constants so they are predicted to have higher analgesic activity.
Compounds S2, S3, and S4 have better ADME profiles and lower toxicity effects than the positive control. Thus, it is predicted that the three compounds are feasible to synthesise.
Keywords: Thiourea derivatives, in silico, analgesic, molecular docking, Celecoxib, ADMET
PENDAHULUAN
Nyeri merupakan penyakit atau gejala yang secara umum banyak dialami oleh seseorang (Tjay &
Rahardja, 2015; Radwan, 2017).
Studi menunjukkan bahwa hingga 50% manula yang tinggal di komunitas dan 45% hingga 80%
penghuni panti jompo menderita masalah ini (Haryani, 2018). COX-2 merupakan isoform COX yang
bersifat indusibel yang akan mengalami peningkatan ekspresi selama proses inflamasi (Fajrin, 2013). Celecoxib adalah salah satu obat analgesik yang mengandung gugus urea dan bekerja menghambat reseptor nyeri atau COX-2 (Argoff et al., 2018).
Dalam pengembangan obat baru, dilakukan modifikasi pada
2 struktur obat menggunakan bantuan komputer dengan metode in silico.
Uji in silico dilakukan menggunakan senyawa turunan N-benzoyl-N’- phenylthiourea (3) dengan tujuan untuk memprediksi aktivitas analgesik dan profil farmakokinetika (ADME) serta toksisitas. Dalam memprediksi aktivitas analgesik melalui molecular docking menggunakan software PyRx (autodock 4.2.1) dengan target obat adalah COX-2 kode PDB 3LN1.
Protein target diunduh terlebih dahulu pada Protein Data Bank, selanjutnya dilakukan pemisahan isi file PDB menggunakan software Biovia Discovery Studio. Dalam menggambar struktur 2D senyawa uji digunakan software Marvin Sketch 20.11. Pada penggambaran struktur 3D menggunakan software Avogadro seri 1.2.0, dan kemudian dilakukan juga optimize energy. Pada visualisasi hasil molecular docking dalam bentuk 2D dan 3D menggunakan protein.plus webserver. Dalam memprediksi sifat fisikokimia serta profil farmakokinetika (ADME) serta toksisitas menggunakan pkCSM webserver dengan memasukkan
masing-masing kode SMILES dari senyawa uji.
Proses validasi metode dilakukan sebelum menjalankan molecular docking yang diamati dari perolehan nilai RMSD. Metode docking dikatakan valid dan dapat digunakan apabila nilai RMSD ≤ 2Å (Nursanti et al., 2022). Hasil dari molecular docking berupa nilai binding energy dan konstan inhibisi (Ki). Semakin rendah nilai binding energy maka ikatan yang terbentuk semakin kuat dan stabil (Susanti et al, 2019). Hasil yang diperoleh bahwa senyawa turunan N-benzoyl-N’- phenylthiourea (3) yaitu N-(3,4- dimethylbenzoyl)-N’-phenylthiourea (S1), N-(4-trifluoromethyl)benzoyl- N’-phenylthiourea (S2), N-(4- nitrobenzoyl)-N’-phenylthiourea (S3), dan N-(4-bromobenzoyl)-N’- phenylthiourea (S4), memiliki binding energy dan prediksi konstanta inhibisi lebih rendah dibandingkan celecoxib. Sedangkan senyawa N(-4 fluoro-3-trifluoromethyl)benzoyl- N’- phenylthiourea (S5) memiliki nilai prediksi Ki sebesar 1,06 µM atau setara dengan 1060,00 nM yang berarti lebih besar dari pembanding. Sehingga dapat di prediksi keempat senyawa
3 memiliki aktivitas analgesik yang lebih tinggi.
Pada tahap visualisasi hasil docking dilakukan menggunakan protein.plus webserver untuk mengetahui hasil interaksi ligan- reseptor dalam bentuk 2D dan 3D.
Hasil visualisasi 2D menunjukkan interaksi asam amino yang terbentuk, sedangkan visualisasi 3D menunjukkan ikatan antara ligan dan reseptor. Interaksi hasil molecular docking yang melibatkan asam amino dan jenis ikatannya, berupa ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik.
Pada ikatan hidrogen, terlihat bahwa dari kelima senyawa turunan N- benzoyl-N’-phenylthiourea, hanya senyawa S2, S3, dan S5 yang memiliki jenis ikatan hidrogen yang sama dengan kedua senyawa pembanding. Ikatan hidrogen yang dimiliki ketiga senyawa tersebut ialah Val509A, Arg499A dan Phe504A.
Dengan adanya kemiripan tersebut maka diprediksi bahwa senyawa S2, S3, dan S5 memiliki aktivitas analgesik yang mirip dengan senyawa pembanding.
Pada interaksi hidrofobik diperoleh hasil bahwa seluruh senyawa turunan N-benzoyl-N’-
phenylthiourea (3) mengikat beberapa residu asam amino yang sama dengan celecoxib. pada kemiripan jenis interaksi hidrofobik dengan senyawa pembanding N- benzoyl-N’-phenylthiourea hanya pada S2, S3, dan S4 yaitu Phe504A, Trp373A, Gly512A, dan Val509A.
Jika interaksi senyawa dengan protein target semakin banyak, maka aktivitas analgesik yang dihasilkan oleh senyawa tersebut akan semakin besar.
Sehingga dapat diprediksi tiga dari lima senyawa turunan N-benzoyl-N’- phenylthiourea (3) yaitu senyawa uji S2, S3, dan S4. menghasilkan ikatan yang stabil karena memiliki lebih banyak jumlah ikatan hidrogen dan diprediksi memiliki aktivitas farmakologi yang lebih baik dibandingkan kontrol positif.
Pada prediksi sifat fisikokimia, empat dari lima senyawa turunan N-benzoyl-N’-phenylthiourea (3) memenuhi hukum lima Lipinski, sehingga diprediksi mudah diabsorbsi dan memiliki permeabilitas tinggi.
Pada prediksi profil farmakokinetika dan toksisitas, diperoleh hasil bahwa senyawa S1 dan S5 terpengaruh substrat OCT2 yang mana merupakan transporter ginjal yang memegang
4 peran penting dalam disposisi dan clearance obat-obatan dan senyawa endogen. Sehingga S1 dan S5 diprediksi memiliki ekresi yang buruk. Pada parameter toksisitas kelima senyawa turunan N-benzoyl- N’-phenylthiourea (3) tidak memiliki efek toksisitas sehingga diprediksi aman.
Dapat disimpulkan pada penelitian ini, bahwa senyawa N-(4- trifluoromethyl)benzoyl-N’-
phenylthiourea (S2), N-(4- nitrobenzoyl)-N’-phenylthiourea (S3), dan N-(4-bromobenzoyl)-N’- phenylthiourea (S4), layak untuk disintesis dan dapat dilakukan pengujian lebih lanjut secara in vitro dan in vivo.
METODE PENELITIAN Bahan
Gambar struktur 2D dan 3D dari senyawa turunan N-benzoyl- N’- phenylthiourea (3). Protein target yang digunakan protein COX-2 (3LN1).
Perangkat Keras
Perangkat keras yang digunakan dalam penelitian ini adalah Laptop Lenovo ideapad 110 dengan processor AMD Ryzen 3 400 CPU@4 2,40GHz (4CPUs), 2,4GHz with
AMD Radeon Graphics; Operating System : Windows 11 Pro 64-bit;
Memori : 8 GB RAM.
Perangkat Lunak
Program Marvin Skecth 20.19, program Avogadro seri 1.2.0, program Autodock PyRx seri 0,8, program Biovia Discovery Studio 2020, SMILES Translator, pkCSM, dan Protein plus.
Metode
Pada prediksi aktivitas analgesik senyawa turunan tiourea dilakukan pertama kali dengan download terlebih dahulu protein COX-2 dengan kode akses 3LN1 dari Protein Data Bank dan disimpan dalam format *.pdb. Selanjutnya dilakukan preparasi ligan, struktur kelima senyawa uji digambar menggunakan software Marvin Skecth 20.19, kemudian disalin ke dalam software Avogadro untuk membuat struktur 3D dan diminimasi energinya dengan MMFF94S. Tahap selanjutnya adalah validasi metode docking. Validasi docking dilakukan dengan memasang kembali ligan asli ke dalam rongga protein yang sesuai.
Re-docking diterima.
5 Validasi Metode Docking
Jika Root Mean Square Deviation (RMSD) <2.0 Ǻ. Tahap terakhir yaitu proses docking senyawa uji dengan target obat protein target COX-2 menggunakan Autodock pyrx.
Hasil yang didapatkan berupa nilai energi ikatan (binding energy) dari nilai tersebut dapat diprediksi aktivitas analgesik senyawa uji.
Prediksi Profil Farmakokinetika dan Toksisitas
Prediksi profil
farmakokinetika serta toksisitas dari turunan N-benzoyl-N’phenylthiourea (3) dilakukan dengan menggunakan pkCSM webserver. Struktur 2D senyawa uji ditansformasikan menjadi bentuk format SMILES dengan menggunakan bantuan Online SMILES Translator. Dalam bentuk format SMILES inilah senyawa diproses menggunakan pkCSM webserver.
Hasil dan Pembahasan
Struktur kimia senyawa N- benzoyl-N’-phenylthiourea (3) dan turunannya serta senyawa pembanding 1 dan pembanding 2 dapat dilihat pada gambar 1 dan tabel 1.
Sebelum dilakukan proses docking perlu dilakukan validasi dengan cara menambatkan ulang ligan asli pada reseptor obat asal.
Parameter validasi yang digunakan adalah nilai RMSD (Root Mean Square Deviation), metode docking dikatakan valid dan dapat digunakan untuk docking senyawa uji jika nilai RMSD ≤ 2 Å (Nursanti et al., 2022) Hasil Docking
Hasil docking senyawa turunan N- benzoyl-N’phenylthiourea (3) dengan target obat protein target COX-2 dapat dilihat pada tabel 2. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa senyawa pembanding memiliki binding energy sebesar -10,22 kkal/mol dengan prediksi konstanta inhibisi sebesar 32,31 nM, dan dapat dilihat nilai binding energy dari senyawa turunan N-benzoyl-N’- phenylthiourea (3) berkisar antara - 8.15 kkal/mol sampai dengan -9.00 kkal/mol dengan prediksi konstanta inhibisi berkisar antara 252,63 nM sampai dengan 1,06 µM. Sehingga dapat diprediksi lima senyawa turunan N-benzoyl-N’-phenylthiourea (3) memiliki aktivitas yang lebih potensial sebagai analgesik terhadap protein COX-2 dibandingkan dengan
6 No. Bahan baku reaksi
Hasil
Bahan 1 Bahan 2
1.
phenylthiourea
benzoyl chloride N-benzoyl-N’- phenylthiourea
2. 3,4-dichloro
benzoyl chloride
N-(3,4-dichlorobenzoyl)-N’- phenylthiourea
3. 4-trifluoromethyl
benzoyl chloride
N-(4-
trifluoromethyl)benzoyl-N’- phenylthiourea
4. 4-nitro benzoyl
chloride
N-(4-nitrobenzoyl)-N’- phenylthiourea
5. 4-bromo benzoyl
chloride
N-(4-bromobenzoyl)-N’- phenylthiourea
6.
4-fluoro-3- trifluoromethyl benzoyl chloride
N-(4-fluoro-3- trifluoromethyl)benzoyl-N’-
phenylthiourea.
Tabel 1. Struktur Kimia Turunan Senyawa N-benzoyl-N’-phenylthiourea (3) Gambar 1. benzoyl chloride (a), phenylthiourea (b), N-benzoyl-N’-
phenylthiourea
7 senyawa pembanding yaitu celecoxib dan senyawa induknya yaitu N- benzoyl-N’-phenylthiourea (3).
Visualisasi Hasil Docking
Gambaran 2D interaksi antara kelima senyawa turunan N-benzoyl- N’-phenylthiourea dan senyawa pembanding celecoxib dengan target obat protein COX-2 dapat dilihat pada gambar 2. Residu asam amino target obat protein COX-2 yang terlibat dalam interaksi dengan turunan tiourea ini dan senyawa pembanding celecoxib dapat dilihat pada tabel 3.
Dari tabel dapat dilihat bahwa dari kelima senyawa turunan hanya pada senyawa uji S2, S3, dan S4 yang memiliki kemiripan jenis ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik dengan senyawa pembanding, hal ini menunjukan kelima senyawa turunan diprediksi memiliki aktivitas analgesik.
pada kelima senyawa turunan N- benzoyl-N’-phenylthiourea (3) punya nilai VDss yang rendah artinya lebih banyak obat yang didistribusikan ke dalam plasma daripada ke jaringan merupakan penyerapan obat-obat yang diberikan secara peroral yang terjadi di dalam usus manusia.
Molekul dengan nilai absorbsi < 30%
dianggap memiliki absorbsi yang kurang baik, dan molekul dapat terserap dengan baik jika memiliki nilai absorbsi 70 - 100% (Bein et al., 2018). Pada nilai HIA lima turunan N- benzoyl-N’-phenylthiourea (3) yaitu (S1, S2, S3, S4, S5) memiliki presentase absorbsi diatas 80%
sehingga dapat diprediksi dapat terabsorbsi dengan sangat baik diusus. Molekul hampir tidak akan menembus kulit jika memiliki log Kp
>-2,5. Log Kp dari kelima senyawa turunan N-benzoyl-N’-phenylthiourea (3) berkisarantara -2,756 sampai dengan -2,892 log Kp. Oleh karena itu, dapat diperkirakan bahwa semua turunannya memiliki daya tembus kulit yang baik. Vdss berguna untuk mengaitkan konsentrasi obat dalam plasma (Cp) dan jumlah obat dalam tubuh (DB) (Shargel & Andrew B.C, 2016). Pires et al (2015) menyatakan jika senyawa memiliki nilai log VD <
- 0.15 maka senyawa banyak yang terakumulasi di pembuluh darah.
BBB (Blood Brain Barrier) memberikan nilai prediksi atas kemampuan obat untuk melewati sawar darah otak dan masuk ke dalam
8 Kode
Senyawa
Binding Energy
(kkal/mol) Prediksi Ki
P1 -8,37 734,47 nM
P2 -10,22 32,31 nM
S1 -9,00 252,63 nM
S2 -8,40 694.16 nM
S3 -8,90 299.51 nM
S4 -8,61 492.26 nM
S5 -8,15 1,06 µM
Kode senyawa
Jenis Ikatan
Hidrogen Hidrofobik
P1 Val509A Ala502A, Phe504A, Trp373A,
Gly512A, Val509A P2 Gln178A, Arg499A,
Phe504A
Leu338A, Ser339A, Phe504A, Val509A, Gly512A
S1 Tyr341A Phe504A, Ser339A, Leu338A,
Val509A
S2 Val509A Phe504A, Trp373A, Gly512A,
Ser339A,Val509A
S3 Phe504A, Arg499A Val509A, Trp373A, Gly512A, Leu338A, Phe504A
S4 Tyr341A
Ser339A, Val509A, Gly512A, Leu338A, Phe504A, Trp373A, Met508A
S5 Tyr341A, Phe504A Leu338A, Phe504A, Ser339A,Val509A
Tabel 2. Struktur Kimia Turunan Senyawa N-benzoyl-N’-phenylthiourea (3)
Gambar 2. Gambaran Visualisasi 2D Interaksi Antara Protein COX-2 dengan Ligan Senyawa P1 (a), Senyawa S1 (b), Senyawa S2 (c)
(a) (b) (c)
Tabel 3. Struktur Kimia Turunan Senyawa N-benzoyl-N’-phenylthiourea (3)
9 otak. Dalam pkCSM, suatu senyawa yang memiliki nilai logBB >0,3 diprediksi dapat menembus sawar darah otak sedangkan nilai logBB < - 1 diprediksi terdistribusi rendah pada otak (Pires et al., 2015). Berdasarkan data hasil semua senyawa dapat menembus sawar darah otak. Salah satu enzim yang membantu proses metabolisme adalah cytochrome P450 (CYP). Inhibitor enzim sitrokrom P450 dapat mempengaruhi metabolisme obat, sehingga penting untuk menilai kemampuan senyawa yang dapat menghambat sitokrom P450, dalam penelitian diwakili oleh sitokrom P2D6 (CYP2D6). Dari hasil prediksi dapat dilihat bahwa kelima senyawa turunan N-benzoyl-N’- phenylthiourea (3) hanya senyawa S3 yang memiliki indikasi metabolisme oleh enzim tersebut. Proses ekskresi senyawa obat dapat dilakukan diprediksi dengan mengukur total clearance (TC) dan substrat transporter kation organik ginjal 2 (OCT2). TC adalah gabungan dari pembersihan hati dan ekskresi ginjal.
Uji Ames toxicity merupakan metode untuk memprediksi potensi mutagenik suatu senyawa dengan menggunakan bakteri. Hasil uji yang
positif menunjukkan bahwa senyawa tersebut bersifat mutagenik dan dapat juga bersifat karsinogen. Hasil prediksi kelima senyawa turunan N- benzoyl-N’-phenylthiourea (3) hanya senyawa P2 yang bersifat mutagenik dan hanya senyawa P1 mengalami skin sensitistation.
KESIMPULAN
Hasil penelitian yang telah didapatkan diatas mengenai prediksi dari kelima senyawa turunan N- benzoyl-N’-phenylthiourea (3) yang
memiliki aktivitas
analgesik lebih tinggi dan prediksi profil farmakokinetika (ADME) lebih baik serta beberapa senyawa yang punya toksisitas yang lebih rendah dari senyawa pembanding sehingga dapat dilakukan sintesis dan diuji aktivitas analgesiknya secara in vivo dan in vitro yaitu
senyawa N-(4-
trifluoromethyl)benzoyl-N’-
phenylthiourea, N-(4-nitrobenzoyl)- N’-phenylthiourea, dan N-(4- bromobenzoyl)-N’-phenylthiourea.
DAFTAR PUSTAKA
Argoff, C. E., Dubin, A., & Pilitsis, J.
(2018). Pain Management Secrets (Fourth, P. 790).
Elsevier.
10 Bein, A., Shin, W., Jalili-
Firoozinezhad, S., Park, M. H., Sontheimer-Phelps, A., Tovaglieri, A., Chalkiadaki, A., Kim, H. J., & Ingber, D. E.
(2018). Microfluidic Organ-On- A-Chip Models Of Human Intestine. Cmgh, 5(4), 659–668.
Https://Doi.Org/10.1016/J.Jcmg h.2017.12.010
Fajrin, F. A. (2013). Keterkaitan Cyclooxygenase (COX)-2 Terhadap Perkembangan Terapi Kanker. Stomatognatic-Jurnal Kedokteran Gigi, 10(1), 6–11.
Haryani, S. (2018). Penatalaksanaan Nyeri Kepala Pada Layanan Primer. Callosum Neurology,
1(3), 83–90.
Https://Doi.Org/10.29342/Cnj.V 1i3.16
Nursanti, O., Wardani, I., &
Hadisoebroto, G. (2022).
Validasi Penambatan Molekuler (Docking) (Zingiber Officinale) Dan (Cymbopogon Citratus) Sebagai Ligan Aktif Reseptor Pparγ. Jurnal Farmasi Higea,
14(1), 79.
Https://Doi.Org/10.52689/Higea .V14i1.469
Pires, D. E., Blundell, T. L., &
Ascher, D. B. (2015). Pkcsm : Predicting Small-Molecule Pharmacokinetic Properties Using Graph-Based Signatures (Theory- How To Enterpret Pkcsm Result). PKCSM, 5.
Http://Biosig.Unimelb.Edu.Au/
Pkcsm/Theory
Radwan, R. (2017). ALL Management Guideline.
Egyptian Journal Of Hematology And Bone Marrow Transplantation, 4(4), 11–14.
Https://Doi.Org/10.21608/Ejhb mt.2017.19674
Shargel, L., & Andrew B.C, Y.
(2016). Applied
Biopharmaceutics &
Pharmacokinetics. In L. Shargel
& Andrew (Eds.), Mcgraw Hill Education (Seventh, Vol. 13, Issue 1).
Tjay, T. H., & Rahardja, K. (2015).
OBAT-OBAT PENTING
Khasiat, Penggunaan Dan Efek- Efek Sampingnya Edisi 7. In Paper Knowledge . Toward A Media History Of Documents (7th Ed., Issue Juni). PT Elex Media Komputind.
