Discovery of a Potent Thieno[2,3-d]pyrimidine-2,4-dione-Based Protoporphyrinogen IX Oxidase Inhibitor through an In Silico Structure-Guided Optimization Approach

原卟啉原氧化酶 部分 生物信息学 嘧啶 立体化学 化学 组合化学 生物化学 基因
作者
Dawei Wang,Hang Zhang,Shuyi Yu,Ruibo Zhang,Lu Liang,Xia Wang,Huang-Ze Yang,Zhen Xi
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:69 (47): 14115-14125 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.1c05665
摘要

A key objective for herbicide research is to develop new compounds with improved bioactivity. Protoporphyrinogen IX oxidase (PPO) is an essential target for herbicide discovery. Here, we report using an in silico structure-guided optimization approach of our previous lead compound 1 and designed and synthesized a new series of compounds 2-6. Systematic bioassays led to the discovery of a highly potent compound 6g, 1-methyl-3-(2,2,7-trifluoro-3-oxo-4-(prop-2-yn-1-yl)-3,4-dihydro-2H-benzo[b][1,4]oxazin-6-yl)thieno[2,3-d]pyrimidine-2,4(1H,3H)-dione, which exhibited an excellent and wide spectrum of weed control at the rates of 30-75 g ai/ha by the postemergence application and is relatively safe on maize at 75 g ai/ha. Additionally, the Ki value of 6g to Nicotiana tabacum PPO (NtPPO) was found to be 2.5 nM, showing 3-, 12-, and 18-fold higher potency relative to compound 1 (Ki = 7.4 nM), trifludimoxazin (Ki = 31 nM), and flumioxazin (Ki = 46 nM), respectively. Furthermore, molecular simulations further suggested that the thieno[2,3-d]pyrimidine-2,4-dione moiety of 6g could form a more favorable π-π stacking interaction with the Phe392 of NtPPO than the heterocyclic moiety of compound 1. This study provides an effective strategy to obtain enzyme inhibitors with improved performance through molecular simulation and structure-guided optimization.
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