Molecular modeling and virtual screening for computer-aided design of plant protoporphyrinogen IX oxidase (PPO) inhibitors

原卟啉原氧化酶 药效团 化学 虚拟筛选 分子模型 分子动力学 立体化学 结构-活动关系 效力 生物化学 数量结构-活动关系 合理设计 酶 计算生物学 分子描述符 组合化学 铅化合物 蛋白质数据库 化学信息学 蛋白质结构 训练集 毒性 体外 氧化酶试验 生物活性
作者
Sounkolé Marius GLOUA,Akori Elvice Esmel,Emma Georgina Hueva ZORO,Mélalie Kéïta,Eugène Megnassan
出处
期刊:Scientific African [Elsevier BV]
卷期号:31: e03208-e03208
标识
DOI:10.1016/j.sciaf.2026.e03208
摘要

• Inhibition of PPO is becoming increasingly essential due to the rising emergence of resistance to currently available herbicides. • Structural information from PPO-DPE complexes was used to create a quantitative structure-activity relationship (QSAR) and a pharmacophore models to predict PPO inhibition by DPE derivatives. • Newly designed analogues demonstrated low predicted inhibitory concentrations in the picomolar range. and their toxicity predictions indicated a lower risk for environmental and human health. • Molecular dynamics simulations (MDS) and MMGBSA calculations respectively confirm the stability and potency of the four most effectively designed analogues over a duration of 200 ns. • Four analogues are recommended for synthesis and evaluation of their bioactive activity to develop effective PPO-inhibiting herbicides. Protoporphyrinogen Oxidase IX (PPO) is a key target for agricultural herbicide design. In this study, we propose novel virtual PPO inhibitors using computer-aided 3D-QSAR combinatorial molecular design. Starting from the crystal structure of the PPO complex with a of fluazolate [4-Bromo-3-(5’-carboxy-4’-chloro-2’-fluorophenyl)-1-methyl-5-trifluoromethyl-pyrazol] (pdb code: 1SEZ), in situ modifications were made to generate first the 3D structure of the PPO-DPE1 complex and then a training set of sixteen (16) diphenyl ethers (DPE) with known experimental activities. A significant correlation was established between the relative Gibbs Free Energy (rGFE) of complex formation ( Δ Δ G c o m ) and the observed PPO inhibitory potency ( p I C 50 e x p ) , expressed as p I C 50 e x p = − 0.1735 Δ Δ G c o m + 7.902 , with R 2 = 0.96 . A 3D-QSAR pharmacophore (PH4) model, derived from active DPE conformations, was used to screen a virtual library of 161,051 compounds. The predictive robustness of PH4 ( p I C 50 e x p = 1.0077 p I C 50 p r e − 0.048 , R 2 = 0.81 ) , validated the selection of seventy (70) novel DPE analogues, with the most active exhibiting a predicted I C 50 p r e = 200 pM , 90 times more potent than DPE1 ( I C 50 e x p = 18 , 000 pM ) . Molecular dynamics simulations on the four (4) best predicted analogues and DPE1 confirmed the conformational stability of the PPO-DPE complexes, demonstrating the effectiveness of our approach.

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