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Exploring SAR insights into royleanones for P-gp modulation - 24/03/25

Doi : 10.1016/j.biopha.2025.117943 
Gabrielle Bangay a, b, 1, Vera M.S. Isca a, 1, Florencia Z. Brauning a, Jelena Dinić c, Milica Pešić c, Bernardo Brito Palma a, Daniel J.V.A. dos Santos a, Ana M. Díaz-Lanza b, Eduardo Borges de Melo d, João Paulo Ataide Martins e, Patricia Rijo a, f,
a Center for Research in Biosciences & Health Technologies (CBIOS), Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias, Lisboa 1749-024, Portugal 
b Universidad de Alcalá de Henares. Facultad de Farmacia, Departamento de Ciencias Biomédicas (Área de Farmacología, Acció∼n tó∼xica sobre cé∼lulas leucé∼micas), Ctra. Madrid-Barcelona km. 33,600 28805 Alcalá∼ de Henares, Madrid, Spain 
c Institute for Biological Research “Siniša Stanković”- National Institute of the Republic of Serbia, University of Belgrade, Despota Stefana 142, Belgrade 11108, Serbia 
d Theoretical Medicinal and Environmental Chemistry Laboratory (LQMAT), Department of Pharmacy, Western Paraná State University (UNIOESTE), Cascavel, PR 85819-110, Brazil 
e Department of Chemistry, Federal University of Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte, MG 31270-901, Brazil 
f Instituto de Investigação do Medicamento (iMed.ULisboa), Faculdade de Farmácia, Universidade de Lisboa, Lisboa 1649-003, Portugal 

Corresponding author at: Center for Research in Biosciences & Health Technologies (CBIOS), Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias, Lisboa 1749-024, Portugal.Center for Research in Biosciences & Health Technologies (CBIOS), Universidade Lusófona de Humanidades e TecnologiasLisboa1749-024Portugal

Abstract

Multidrug resistance (MDR) poses a challenge in contemporary pharmacotherapy, significantly reducing the efficacy of chemotherapeutic agents. Among the array of mechanisms underpinning MDR, the upregulation of P-glycoprotein (P-gp), also known as MDR1 and encoded by the ABCB1 gene, emerges as an impediment in cancer treatment success. Plants from the Plectranthus genus (Lamiaceae) are recognised in traditional medicine for their diverse therapeutic applications. 7α-acetoxy-6β-hydroxyroyleanone (Roy), the principal diterpene derived from Plectranthus grandidentatus Gürke, has exhibited anti-cancer properties against various cancer cell lines. Previously synthesized ester derivatives of Roy have shown enhanced binding affinity with P-gp. This study utilises previously obtained in vitro data on P-gp activity of Roy derivatives to construct a ligand-based pharmacophore model elucidating critical features essential for P-gp modulation. Leveraging this data, we predict the potential of five novel ester derivatives of Roy to modulate P-gp in vitro against resistant NCI-H460 cells. A set of 16 previously synthesized royleanone derivatives underwent in silico structure-activity relationship (SAR) studies. A binary classification model, differentiating inactive and active compounds, generated 11,016 Molecular Interaction Field (MIF) descriptors from structures optimized at the DFT theory level. Following variable reduction and selection, a subset of 12 descriptors was identified, yielding a model with two latent variables (LV), utilizing only 34.14 % of the encoded information for calibration (LV1: 26.82 %; LV2: 7.32 %). Ultimately, prediction of the activity of new derivatives suggested all have a high likelihood of activity, which will be validated through future in vitro biological assays.

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Graphical Abstract




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Highlights

Multidrug resistance (MDR) limits chemotherapy efficacy, with P-gp upregulation as a key challenge in cancer treatment.
Royleanone (Roy) derivatives show promising anti-cancer properties and potential for P-gp binding.
In vitro data guided a pharmacophore model to identify key P-gp modulation features, predicting five novel Roy derivatives.
In silico SAR of 16 royleanones yielded a binary model using 11,016 MIF descriptors, refined to 12 key features.
The model predicted all new derivatives as active against NCI-H460 cells, validated by in vitro P-gp inhibition assay.

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Keywords : SAR, Royleanones, P-gp, Multi-drug resistance, Plectranthus


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