Cyclooxygenase-2 inhibitory activity and antimalarial activity of chromone derivatives

Abstract

A series of chromone derivatives were evaluated as cyclooxygenase 2 (COX-2) inhibitors and antimalarial agents. For COX-2 inhibition, the ten most potent compounds (25, 29, 31, 34, 35, 38,39, 41, 48 and 49) and celecoxib were further determined for the selectivity index (SI). Compounds 35 and 38 showed higher selectivity for COX-2 (SI = 7.48 and 5.46, respectively) than celecoxib (SI = 4.17). Compounds 35, 39, 41, 48 and 49, were evaluated for IC50 values against COX-2. Compound 48 was found to be the most potent in this study with IC50 = 3.30 μM. The molecular volumes of the higher selective COX-2 inhibitors, i.e., compounds 35 (312.84 A3) and 38 (314.18 A3), were close to the volume of celecoxib (299.28 A3) and larger than the volume of ibuprofen (211.83 A3). Docking results supported the experimental data. Compounds 35, 38 and 39, the three most selective COX-2 inhibitor, had higher binding affinity for COX-2 than COX-1. The docked conformations of these three compounds in COX-2 pocket were in the orientations similar to celecoxib. For antimalarial activity, the in vitro antimalarial activity was evaluated using two assay methods, the microculture radioisotope assay and inhibition of β-hematin formation assay. In microculture radioisotope assay, the three most potent compounds were 34, 36 and 39 with IC50 = 3.82, 0.95 and 4.87 μM, respectively. Compound 36, the most active, showed higher potency than primaquine and tafenoquine. For β-hematin formation inhibitory activity assay, the top six most potent compounds, 23-28 (IC50 = 1.41, 1.76, 2.30, 2.54, 4.60 and 3.69 μM, respectively) were more potent than chloroquine, dihydroartemisinin, and mefloquine. The ability of chromone compounds to interact and form complex with heme was investigated by the continuous variation technique (Job's plot). Compounds 28, 38 and 42 interacted with heme with stoichiometric ratio of chromone:heme = 1:1, same ratio as dihydroartemisinin. Compounds 3, 4, 23, 24, 27 and 43 showed the stoichiometric ratio = 1:2, same as chloroquine and mefloquine, and compound 36 showed stoichiometric ratio = 1:3. Docking studies against plasmepsin II (PM II) and falcipain-2 (FP-2) were performed. Compounds which showed highly potent antimalarial and β-hematin formation inhibitory activities also showed high binding affinities with both PM II and FP-2.

การประเมินฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์ไซโคลออกซีจีเนส-2 และฤทธิ์ต้านมาลาเรียของอนุพันธ์โครโมน ในการศึกษาฤทธิ์ยับยั้งไซโคลออกซีจีเนส-2 นำสารที่ออกฤทธิ์แรงที่สุดสิบตัว (สาร 25, 29, 31, 34, 35, 38, 39, 41, 48 และ 49) และเซเลค็อกซิบ มาหาค่า selectivity index (SI) พบว่าสาร 35 และ 38 มีความเฉพาะเจาะจงต่อไซโคลออกซี-จีเนส-2 (มีค่า SI เท่ากับ 7.48 และ 5.46 ตามลำดับ) มากกว่าเซเลค็อกซิบ (SI เท่ากับ 4.17) จากนั้นหาค่า IC50 ของสาร 35, 39, 41, 48 และ 49 สาร 48 ออกฤทธิ์แรงที่สุด (IC50 เท่ากับ 3.30 ไมโครโมลาร์) นำสารที่มีความเฉพาะเจาะจงกับไซโคลออกซีจีเนส-2 สูง มาหาค่าปริมาตรของโมเลกุล สาร 35 (ปริมาตรโมเลกุลเท่ากับ 312.84 A3) และ 38 ( 314.18 A3) มีปริมาตรใกล้เคียงกับเซเลค็อกซิบ (299.28 A3) และมีปริมาตรใหญ่กว่าไอบูโพรเฟน (211.83 A3) ผลที่ได้จาก การศึกษาด๊อกกิงสนับสนุนผลการทดสอบฤทธิ์ในห้องทดลอง พบว่าสารที่มีความเฉพาะเจาะจงมากที่สุดสามตัว คือ สาร 35, 38 และ 39 จับกับไซโคลออกซีจีเนส-2 ได้แน่นหนากว่าไซโคลออกซี-จีเนส-1 และมีการจัดวางตัวในการจับกับเอนไซม์เหมือนกับเซเลค็อกซิบ การศึกษาฤทธิ์ต้านมาลาเรียในหลอดทดลองทำโดยวิธี microculture radioisotope assay และศึกษาการยับยั้งการเกิดเบต้า-ฮีมาติน ในส่วนของ microculture radioisotope assay พบว่าสารที่ออกฤทธิ์แรงที่สุดสามตัว คือ สาร 34, 36 and 39 โดยมีค่า IC50 เท่ากับ 3.82, 0.95 และ 4.87 ไมโครโมลาร์ ตามลำดับ สาร 36 ออกฤทธิ์แรงที่สุดและมีฤทธิ์สูงกว่าพริมาควินและทาฟี โนควิน การศึกษาฤทธิ์ในการยับยั้งการเกิดเบต้า-ฮีมาติน สารที่มีฤทธิ์แรงที่สุดหกตัว คือ สาร 23-28 (ค่า IC50 เท่ากับ 1.41, 1.76, 2.30, 2.54, 4.60 และ 3.69 ไมโครโมลาร์ ตามลำดับ) ซึ่งมีฤทธิ์สูงกว่าคลอโรควิน ไดไฮโดรอาร์ทีมิสินินและเมบโฟลควิน ศึกษาการจับกันระหว่างสารโครโมนและฮีมโดยใช้เทคนิค continuous variation (Job's plot) พบว่าสาร 28, 38 และ 42 มีค่า stoichiometric ratio เท่ากับ 1:1 เหมือนกับได-ไฮโดรอาร์ทีมิสินิน สาร 3, 4, 23, 24, 27 และ 43 มีค่า stoichiometric ratio เท่ากับ 1:2 เหมือนกับคลอโรควินและเมบ-โฟลควิน และสาร 36 มีค่า stoichiometric ratio เท่ากับ 1:3 นอกจากนี้ได้ทำการศึกษาการจับกับกับเอนไซม์พลาสเมบ-ซิน II และฟาวซิพาอิน-2 โดยวิธีด๊อกกิง สารที่ออกฤทธิ์ต้านมาลาเรียและยับยั้งการเกิดเบต้า-ฮีมาตินได้ดี สามารถจับกับเอนไซม์ทั้งสองชนิดได้ดีเช่นกัน