Розробка молекулярної дорожньої карти взаємодії ліків та їжі

Афілійований відділ системної біології Технічного університету Данії, кг. Лінгбі, Данія

Філіальна школа біологічних наук, Університет Гонконгу, Покфулам, Гонконг

Афілійований відділ системної біології Технічного університету Данії, кг. Лінгбі, Данія

Каспер Дженсен,
Юекіонг Ні,
Джанні Панайоту,
Ірен Кускумвекакі

Цифри

Анотація

Підсумок автора

Цитування: Jensen K, Ni Y, Panagiotou G, Kouskoumvekaki I (2015) Розробка молекулярної дорожньої карти взаємодій між наркотиками та продуктами харчування. PLoS Comput Biol 11 (2): e1004048. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004048

Редактор: Кай Тан, Університет Айови, США

Отримано: 13 червня 2014 р .; Прийнято: 19 листопада 2014 р .; Опубліковано: 10 лютого 2015 року

Наявність даних: Усі відповідні дані знаходяться в газеті та в допоміжних файлах.

Фінансування: Автори не отримали конкретного фінансування для цієї роботи.

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Вступ

Результати

Наркотичний хімічний простір рослинного раціону

Щоб сформувати хімічний простір природних сполук, що входять до складу рослинних продуктів, ми вдалися до нашого нещодавно розробленого ресурсу NutriChem (www.cbs.dtu.dk/services/NutriChem-1.0) [11], який включає 1772 рослинні рослини. На основі продуктів харчування, пов’язаних з використанням тексту, 8 000 унікальних природних сполук (вони ж фітохімікати). Інформація про експериментальну біоактивність існує у ChEMBL менш ніж для половини цих харчових сполук (рис. 1А). У межах цього кластеру ми виявили 463 фітохімікати з біоактивністю в діапазоні активності лікарського засобу проти 207 цілей лікарських засобів (тобто цілей, пов’язаних з фармакодинамікою лікарських засобів), а також 18 ферментів, 7 транспортерів та 3 носії, відповідні цілі ADME, депоновані в DrugBank v .3. Як показано на рис. 1Б, продукти, які зазвичай входять до нашого раціону, такі як полуниця, помідор, селера та кукурудза, беруть участь у їх біоактивних фітохімічних речовинах у великій кількості взаємодій з білками в цих 4 категоріях.

(A) Кількість харчових сполук на рослинній основі в нашій базі даних (синій) та без (зелений) експериментальної інформації про біоактивність у ChEMBL. (B) Рослинна їжа з найбільшою кількістю взаємодій з мішенями, носіями, транспортерами та ферментами. Сюжет показує 15 найбільш взаємодіючих продуктів харчування у цих 4 категоріях. (C) Мережа продуктів харчування, які взаємодіють з одними і тими ж лікарськими білками. Розмір вузла відображає кількість біоактивних сполук (фітохімікатів) та взаємодіючих білків для даної їжі. Ширина краю відображає кількість загальних взаємодіючих білків між двома продуктами харчування. Вузли з найбільшою кількістю біоактивних фітохімікатів та взаємодіючих білків позначені синім кольором. Краї з найбільшою кількістю загальних взаємодіючих білків позначені чорним кольором. Для цілей візуалізації верхні 5 країв для кожного вузла відображаються в мережі, тоді як повні дані подаються як додатковий матеріал (таблиця S1).

Фітохімічний профіль імбиру виглядає найбільш біологічно активним, взаємодіючи загалом із 151 білком, більшість з яких пов’язані з фармакодинамікою лікарських засобів. Ці дані на молекулярному рівні про взаємодію харчових продуктів із лікарськими речовинами також узгоджуються з інформацією з наукової літератури, зібраної в NutriChem, яка пов’язує імбир із 87 різними фенотипами захворювань людини. Слід зазначити, що 15 харчових продуктів, що сильно взаємодіють, показані на малюнку, не обов'язково найкраще характеризуються з точки зору кількості призначених фітохімікатів. Кількість біоактивних фітохімікатів у них коливається від 18 для манго до 42 для чаю з камелії, тоді як такі продукти, як солодка та ревінь, містять однакову кількість біоактивних сполук (33 та 24 відповідно), проте, не взаємодіючи з такою кількістю білків в межах цих 4 категорій. Таким чином, вищезазначений результат не є результатом упереджень неповноти даних у науковій літературі, а вказує на специфічні структурні характеристики фітохімікатів, що диктують взаємодію ліків та їжі.

З метою подальшого вдосконалення дієтичних звичок, що посилюють вплив на ефективність ліків, ми створили мережу, яка покладається на кількість унікальних білкових взаємодій, які спільно використовуються між різними продуктами харчування. Як показано на рис. 1C, кілька підмереж продуктів взаємодіють з одним і тим же білковим простором; властивість, яка могла бути врахована при призначенні препаратів, спрямованих на ці білки. Наприклад, сафлор, салат і часник утворюють невелику підмережу, яка обмінюється понад 55 білками з експериментальними даними про активність із залученням їх фітохімікатів. Найбільш активну групу їжі складають гуава, манго, полуниця, квасоля, чай з камелії, швед і помідор, середня кількість взаємодіючих взаємодіючих білків становить понад 70. Папайя, апельсин, кріп, мандарин, крес і перець чилі, разом із ще кількома продуктами утворіть ізольований модуль, взаємодіючи з окремим цільовим простором білка. У всіх харчових кластерах, зображених на рис. 1C, очевидно, що не існує фенотипових або таксономічних характеристик вищого рівня продуктів харчування, які можна використовувати для прогнозування спільних взаємодій з терапевтичним білковим простором; ця закономірність виникла із подібності у їх фітохімічному просторі.

Вплив взаємодії ліків та їжі на фармакодинаміку та фармакокінетику лікарських засобів

(A) Ділянка показує рослинні продукти харчування з найбільшою кількістю взаємодій з лікарськими цілями та пов'язану з ними класифікацію захворювань людини. (B) Кількість цільових препаратів, на які впливає їжа, анотована до різних біологічних систем. Очікувана кількість цілей у кожній біологічній категорії була розрахована як: exp = (tpc/tdt) * tpa, де, tpc: загальна кількість цільових препаратів від DrugBank у біологічній категорії, tdt: загальна кількість цільових препаратів у всіх біологічні категорії (1806 білків) та tpa: загальна кількість цільових препаратів, які беруть участь у взаємодіях ліків та їжі на основі нашого аналізу (186 білків). (C) Мережі лікарських цілей, на які впливає їжа, за класами захворювань людини, показані для 6 класів захворювань з найбільшою кількістю лікарських цілей, задіяних у харчових взаємодіях. Дві лікарські мішені пов’язані, коли існує принаймні 3 пари препарат-їжа з біологічною активністю щодо обох білків. Номери всередині пирога відповідають загальній кількості цільових препаратів для кожного класу хвороби, на які впливає їжа. Для цілей візуалізації ми показуємо лише верхні 5 країв для кожного вузла, тоді як повні дані подаються як додатковий матеріал (таблиця S2).