Dezvoltarea unei foi de parcurs moleculare a interacțiunilor medicament-aliment

Departamentul de afiliere pentru biologia sistemelor, Universitatea Tehnică din Danemarca, Kgs. Lyngby, Danemarca

Școala de științe biologice de afiliere, Universitatea din Hong Kong, Pokfulam, Hong Kong

Departamentul de afiliere pentru biologia sistemelor, Universitatea Tehnică din Danemarca, Kgs. Lyngby, Danemarca

Kasper Jensen,
Yueqiong Ni,
Gianni Panagiotou,
Irene Kouskoumvekaki

Cifre

Abstract

Rezumatul autorului

Citare: Jensen K, Ni Y, Panagiotou G, Kouskoumvekaki I (2015) Dezvoltarea unei foi de parcurs moleculare a interacțiunilor medicament-aliment. PLoS Comput Biol 11 (2): e1004048. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004048

Editor: Kai Tan, Universitatea din Iowa, STATELE UNITE

Primit: 13 iunie 2014; Admis: 19 noiembrie 2014; Publicat: 10 februarie 2015

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.

Finanțarea: Autorii nu au primit fonduri specifice pentru această lucrare.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Rezultate

Spațiul chimic asemănător unui drog al dietei pe bază de plante

Pentru a sculpta spațiul chimic al compușilor naturali incluși în alimentele pe bază de plante, am recurs la resursa noastră recent dezvoltată NutriChem (www.cbs.dtu.dk/services/NutriChem-1.0) [11], care include 1.772 plante- alimente pe bază de minereuri de text asociate cu aproximativ 8.000 de compuși naturali unici (alias fitochimici). Informații experimentale despre bioactivitate există în ChEMBL pentru mai puțin de jumătate din acești compuși alimentari (Fig. 1A). În cadrul acestui cluster, am identificat 463 de fitochimicale cu bioactivitate la nivelul activității medicamentelor față de 207 ținte medicamentoase (adică ținte legate de farmacodinamica medicamentelor), precum și 18 enzime, 7 transportori și 3 purtători, ținte relevante ADME, așa cum sunt depuse în DrugBank v .3. Așa cum se arată în FIG. 1B, alimentele care fac în mod obișnuit parte din dieta noastră, cum ar fi căpșuni, roșii, țelină și porumb, sunt implicate prin intermediul produselor lor bioactive chimice într-un număr mare de interacțiuni cu proteinele din aceste 4 categorii.

(A) Numărul de compuși alimentari pe bază de plante din baza noastră de date cu informații (bio) și fără (verzi) de bioactivitate experimentală în ChEMBL. (B) Alimentele pe bază de plante cu cele mai multe interacțiuni cu țintele de medicamente, purtătorii, transportorii și enzimele. Intriga prezintă cele mai bune 15 alimente care interacționează în cadrul acestor 4 categorii. (C) Rețea de alimente care interacționează cu același medicament țintă proteine. Dimensiunea nodului reflectă numărul de compuși bioactivi (fitochimici) și proteine care interacționează pentru un anumit aliment. Lățimea marginii reflectă numărul de proteine comune care interacționează între două alimente. Nodurile cu cel mai mare număr de fitochimicale bioactive și proteine care interacționează sunt prezentate în albastru. Marginile cu cel mai mare număr de proteine comune care interacționează sunt prezentate în negru. În scopuri de vizualizare, primele 5 margini pentru fiecare nod sunt afișate în rețea, în timp ce datele complete sunt furnizate ca material suplimentar (tabelul S1).

Profilul fitochimic al lui Ginger apare ca cel mai activ din punct de vedere biologic, interacționând în total cu 151 de proteine, dintre care cele mai multe sunt asociate cu farmacodinamica medicamentelor. Aceste dovezi la nivel molecular ale interacțiunilor dintre medicamente și alimente sunt, de asemenea, în concordanță cu informațiile din literatura științifică asamblate în NutriChem, care leagă ghimbirul de 87 de fenotipuri diferite ale bolii umane. Trebuie subliniat faptul că cele 15 alimente puternic interacționate prezentate în figură nu sunt neapărat cele mai bine caracterizate în ceea ce privește numărul de fitochimice atribuite. Numărul de fitochimicale bioactive din ele variază de la 18 pentru mango la 42 pentru ceaiul de camelie, în timp ce alimentele precum lemn dulce și rubarbă, de exemplu, conțin un număr similar de compuși bioactivi (33 și respectiv 24) fără, totuși, să interacționeze cu cât mai mulți proteine din aceste 4 categorii. Astfel, rezultatul de mai sus nu este rezultatul prejudecăților de incompletitudine a datelor din literatura științifică, ci mai degrabă indică caracteristicile structurale specifice ale fitochimicilor care dictează interacțiunile medicament-alimente.

Pentru a ne perfecționa în continuare în obiceiurile dietetice care sporesc impactul asupra eficienței medicamentelor, am creat o rețea care se bazează pe numărul de interacțiuni proteice unice împărțite între diferite alimente. Așa cum se arată în FIG. 1C mai multe subrețele de alimente interacționează cu același spațiu proteic; o proprietate care ar putea fi luată în considerare atunci când sunt prescrise medicamente care vizează aceste proteine. De exemplu, șofranul, salata verde și usturoiul formează o mică subrețea care împărtășește mai mult de 55 de proteine cu date de activitate experimentală care implică fitochimicalele lor. Cea mai activă grupă de alimente este formată din guava, mango, căpșuni, bob de fasole, ceai de camelie, suedez și roșii, numărul mediu de proteine care interacționează în comun fiind mai mare de 70. Papaya, portocală, mărar, mandarină, cress și ardei iute, împreună cu alte câteva alimente, formează un modul izolat care interacționează cu un spațiu țintă proteic separat. În toate grupele alimentare din Fig. 1C este evident că nu există nici o caracteristică fenotipică sau taxonomică de nivel superior a alimentelor care ar putea fi utilizate pentru a prezice interacțiunile comune cu spațiul proteic terapeutic; acest model a apărut din similitudini în spațiul lor fitochimic.

Efectul interacțiunilor medicament-alimente asupra farmacodinamicii și farmacocineticii medicamentelor

(A) Complotul arată alimentele pe bază de plante cu cel mai mare număr de interacțiuni cu țintele medicamentoase și clasificarea lor asociată a bolilor umane. (B) Numărul de ținte de droguri afectate de alimente, adnotate la diferite sisteme biologice. Numărul așteptat de ținte în fiecare categorie biologică a fost calculat ca: exp = (tpc/tdt) * tpa, unde, tpc: numărul total de ținte de droguri de la DrugBank într-o categorie biologică, tdt: numărul total de ținte de droguri în toate categorii biologice (1.806 proteine) și tpa: numărul total de ținte medicamentoase care participă la interacțiunile medicament-alimente pe baza analizei noastre (186 proteine). (C) Rețele de ținte medicamentoase afectate de alimente, pe clasă de boală umană, prezentate pentru cele 6 clase de boală cu cel mai mare număr de ținte medicamentoase implicate în interacțiunile alimentare. Două ținte medicamentoase sunt conectate atunci când există cel puțin 3 perechi medicament-alimente cu activitate biologică împotriva ambelor proteine. Numerele din interiorul plăcii corespund numărului total de ținte medicamentoase din fiecare clasă de boală care sunt afectate de alimente. În scopuri de vizualizare, afișăm doar primele 5 margini pentru fiecare nod, în timp ce datele complete sunt furnizate ca material suplimentar (tabelul S2).