Abstract Medicinal fungi including mushrooms have well documented therapeutic uses. The MeFSAT database provides a curated library of more than 1800 secondary metabolites produced by medicinal fungi for potential use in high throughput screening (HTS) studies. In this study, we perform a cheminformatics based investigation of the scaffold and structural diversity of the secondary metabolite space of medicinal fungi, and moreover, perform a detailed comparison with approved drugs, other natural product libraries and semi-synthetic libraries. We find that the secondary metabolite space of MeFSAT has similar or higher scaffold diversity in comparison to other natural product libraries analysed here. Notably, 94% of the scaffolds in the secondary metabolite space of MeFSAT are not present in the approved drugs. Further, we find that the secondary metabolites of medicinal fungi, on the one hand are structurally far from the approved drugs, while on the other hand are close in terms of molecular properties to approved drugs. Lastly, chemical space visualization using dimensionality reduction methods showed that the secondary metabolite space has minimal overlap with the approved drug space. In a nutshell, our results underscore that the secondary metabolite space of medicinal fungi is a valuable resource for identifying potential lead molecules for natural product based drug discovery.

Abstract Thyroid stimulating hormone receptor (TSHR) is an integral part of the hypothalamic-pituitary-thyroid axis. Notably, dysregulation in TSHR activation in humans can lead to adverse effects such as Grave’s disease, hypothyroidism and Hashimoto’s disease. Moreover, animal studies have shown that binding of endocrine disrupting chemicals (EDCs) with TSHR can lead to developmental toxicity. Several such chemicals have also been screened for their adverse physiological effects in human cell lines through various high-throughput assays under the ToxCast project. The vast resource of data generated through ToxCast has enabled the development of different toxicity predictors, but they can be limited in their predictive ability due to the heterogeneity in structure-activity relationships among chemicals. In an attempt to explore this heterogeneity, we systematically investigated structure-activity and structure-mechanism relationships among the TSHR binding chemicals from ToxCast. By employing structure-activity similarity (SAS) map, we identified 79 activity cliffs among 509 chemicals in the TSHR agonist dataset and 69 activity cliffs among 650 chemicals in the TSHR antagonist dataset. Further, by using the matched molecular pair (MMP) approach, we find that the resultant activity cliffs (MMP-cliffs) are a subset of activity cliffs identified via the SAS map approach. Moreover, by leveraging ToxCast mechanism of action (MOA) annotations for chemicals common to both TSHR agonist and antagonist datasets, we identified 3 chemical pairs as Strong MOA-cliffs and 19 chemical pairs as Weak MOA-cliffs. In conclusion, the insights from this systematic analysis of the structure-activity as well as the structure-mechanism relationships of TSHR binding chemicals are likely to inform ongoing efforts towards development of better predictive toxicity models for characterizing the chemical exposome.

Abstract In human exposome, environmental chemicals can target, and disrupt different endocrine axes, ultimately leading to several endocrine disorders. Such chemicals, termed endocrine disrupting chemicals (EDCs), can promiscuously bind to different endocrine receptors and lead to varying biological endpoints. Thus, understanding the complexity in molecule-receptor binding of environmental chemicals can aid in the development of robust toxicity predictors. Towards this, the ToxCast project has generated the largest resource on the chemical-receptor activity data for environmental chemicals that were screened across various endocrine receptors. However, the heterogeneity in the multi-target structure-activity landscape of such chemicals is not yet explored. In this study, we systematically curated the chemicals targeting 8 human endocrine receptors, their activity values and biological endpoints from the ToxCast chemical library. We employed dual-activity difference and triple-activity difference maps to identify single-, dual-, and triple-target cliffs across different target combinations. We annotated the identified activity cliffs through matched molecular pair (MMP) based approach, and observed that a small fraction of activity cliffs form MMPs. Further, we structurally classified the activity cliffs and observed that R-group cliffs form the highest fraction among the cliffs identified in various target combinations. Finally, we leveraged the mechanism of action (MOA) annotations to analyze structure-mechanism relationships, identified strong MOA-cliffs and weak MOA-cliffs, for each of the 8 endocrine receptors. Overall, insights from this first study analyzing the structure-activity landscape of environmental chemicals targeting multiple human endocrine receptors, will likely contribute towards the development of better toxicity prediction models for characterizing the human chemical exposome.

Abstract Humans encounter diverse environmental factors which can have impact on their health. One such environmental factor is the ultraviolet (UV) radiation, which is part of the physical component of the exposome. UV radiation is the leading cause of skin cancer and is a significant global health concern. A large body of published research has been conducted to uncover the mechanisms underlying the adverse outcomes of UV radiation exposure on living beings. These studies involve identifying the biomolecules induced upon UV radiation exposure. A few previous efforts have attempted to compile this information in the form of a database, but such earlier efforts have certain limitations. To fill this gap, we present a structured database named UVREK, containing manually curated data on biomolecules induced by UV radiation exposure from published literature. UVREK has compiled information on 985 genes, 470 proteins, 54 metabolites and 77 miRNAs along with their metadata. Thereafter, an enrichment analysis performed on the human gene set of UVREK database showed the importance of transcription related processes in UV related response, and enrichment of pathways involved in cancer and aging. While significantly contributing towards characterizing the physical component of the exposome, we expect the compiled data in UVREK will serve as a valuable resource for development of better UV protection mechanisms such as UV sensors and sunscreens. Noteworthy, UVREK is the only resource to date, compiling varied types of biomolecular responses to UV radiation with corresponding metadata. UVREK is openly accessible at: https://cb.imsc.res.in/uvrek/ .