Molecular Dynamics and Structural Studies of Zinc Chloroquine Complexes

化学 不稳定性 分子动力学 喹啉 生物信息学 生物无机化学 咪唑 结晶学 金属 立体化学 计算化学 生物化学 有机化学 基因
作者
Mirko Paulikat,Daniele Vitone,Florian Karl Schackert,Nils Schuth,Alessandra Barbanente,GiovanniMaria Piccini,Emiliano Ippoliti,Giulia Rossetti,Adam H. Clark,Maarten Nachtegaal,Michael Haumann,Holger Dau,Paolo Carloni,Silvano Geremia,Rita De Zorzi,Liliana Quintanar,Fabio Arnesano
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:63 (1): 161-172 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.2c01164
摘要

Chloroquine (CQ) is a first-choice drug against malaria and autoimmune diseases. It has been co-administered with zinc against SARS-CoV-2 and soon dismissed because of safety issues. The structural features of Zn–CQ complexes and the effect of CQ on zinc distribution in cells are poorly known. In this study, state-of-the-art computations combined with experiments were leveraged to solve the structural determinants of zinc–CQ interactions in solution and the solid state. NMR, ESI-MS, and X-ray absorption and diffraction methods were combined with ab initio molecular dynamics calculations to address the kinetic lability of this complex. Within the physiological pH range, CQ binds Zn2+ through the quinoline ring nitrogen, forming [Zn(CQH)Clx(H2O)3–x](3+)–x (x = 0, 1, 2, and 3) tetrahedral complexes. The Zn(CQH)Cl3 species is stable at neutral pH and at high chloride concentrations typical of the extracellular medium, but metal coordination is lost at a moderately low pH as in the lysosomal lumen. The pentacoordinate complex [Zn(CQH)(H2O)4]3+ may exist in the absence of chloride. This in vitro/in silico approach can be extended to other metal-targeting drugs and bioinorganic systems.

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