Mechanism-Based Insights into Removing the Mutagenicity of Aromatic Amines by Small Structural Alterations

化学 碱基 异构化 CYP1A2 羟基化 加合物 计算化学 密度泛函理论 鸟嘌呤 共价键 分子 单加氧酶 DNA 组合化学 生物化学 立体化学 光化学 细胞色素P450 有机化学 核苷酸 基因 催化作用
作者
Igor L. Shamovsky,Lena Ripa,Frank Narjes,Britta Bonn,Stefan Schießer,Ina Terstiege,Christian Tyrchan
出处
期刊:Journal of Medicinal Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:64 (12): 8545-8563 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.jmedchem.1c00514
摘要

Aromatic and heteroaromatic amines (ArNH2) are activated by cytochrome P450 monooxygenases, primarily CYP1A2, into reactive N-arylhydroxylamines that can lead to covalent adducts with DNA nucleobases. Hereby, we give hands-on mechanism-based guidelines to design mutagenicity-free ArNH2. The mechanism of N-hydroxylation of ArNH2 by CYP1A2 is investigated by density functional theory (DFT) calculations. Two putative pathways are considered, the radicaloid route that goes via the classical ferryl-oxo oxidant and an alternative anionic pathway through Fenton-like oxidation by ferriheme-bound H2O2. Results suggest that bioactivation of ArNH2 follows the anionic pathway. We demonstrate that H-bonding and/or geometric fit of ArNH2 to CYP1A2 as well as feasibility of both proton abstraction by the ferriheme-peroxo base and heterolytic cleavage of arylhydroxylamines render molecules mutagenic. Mutagenicity of ArNH2 can be removed by structural alterations that disrupt geometric and/or electrostatic fit to CYP1A2, decrease the acidity of the NH2 group, destabilize arylnitrenium ions, or disrupt their pre-covalent transition states with guanine.
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