Εικονικός βιολογικός έλεγχος βάσεων δεδομένων χημικών μορίων με τριδιάστατα μοντέλα ποσοτικών σχέσεων δομής-δράσης (3D-QSAR)
Authors: Βροντάκη Ελένη 
Published: September 2021

Σκοπός της διδακτορικής διατριβής ήταν ο in silico εντοπισμός νέων ενώσεων κατά των νόσων της ηπατίτιδας C και της μεσογειακής αναιμίας.Η ηπατίτιδα C, η οποία τις τελευταίες δεκαετίες διαδόθηκε παγκόσμια,οφείλεται στον ιό της ηπατίτιδας C (Hepatitis C Virus, HCV) που προσβάλει κυρίως το ήπαρ. Μέχρι σήμερα, δεν έχει ανακαλυφθεί το εμβόλιο κατά της ηπατίτιδας C, ενώ η σύγχρονη φαρμακευτική αγωγή είναι αποτελεσματική μόνο σε περιορισμένες περιπτώσεις. Η RNA-εξαρτώμενη RNA πολυμεράση NS5B του HCV είναι το κλειδί λειτουργίας της αντιγραφής του ιικού RNA,αποτελώντας θεραπευτικό στόχο της νόσου. Η αναζήτηση αναστολέων τηςRNA πολυμεράσης NS5B του HCV έχει οδηγήσει στη διερεύνηση των νουκλεοζιτικών (NIs) και μη νουκλεοζιτικών αναστολέων (NNIs), που δρουν στο καταλυτικό κέντρο και στις αλλοστερικές θέσεις («παλάμη», «αντίχειρας»,«δάχτυλα») του ενζύμου, αντίστοιχα, με τους τελευταίους να έχουν προσελκύσει το ιδιαίτερο ενδιαφέρον των ερευνητών.Στην παρούσα εργασία, συνδυάστηκε η μοριακή πρόσδεση, το 3D-QSARCoMSIA (Three Dimensional Quantitative Structure-Activity RelationshipComparative Molecular Similarity Indices Analysis) και η αναζήτηση ομοιότητας, με σκοπό να εντοπιστούν ισχυρά παράγωγα του ινδολίου στη βάση δεδομένων της ChEMBL, ως αναστολείς της αντιγραφής του HCV,μέσω της εικονικής διαλογής. Σε πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί μοριακής πρόσδεσης 41 παραγώγων στο ενεργό κέντρο του ενζύμου, «παλάμη» ΙΙ. Σε δεύτερο στάδιο χρησιμοποιήθηκε η πόζα πρόσδεσης της κάθε ένωσης για την ευθυγράμμιση με βάση τον υποδοχέα και την παραγωγή των πεδίων CoMSIA. Στη συνέχεια, κατασκευάστηκε ένα επικυρωμένο μοντέλο 3D-QSAR CoMSIA, ώστε να υπολογιστούν με ακρίβεια οι τιμές δραστικότητας. Η ροή εργασίας έδωσε πληροφορίες για τα δομικά χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την πρόσδεση και την ανασταλτική δραστικότητα αυτών των παραγώγων στην πολυμεράση του HCV. Το ληφθένin silico μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη της δραστικότητας νέων ενώσεων πριν από τη σύνθεση και βιολογική δοκιμή τους, μέσω της διαδικασίας της εικονικής διαλογής. Η βάση δεδομένων της ChEMBL που χρησιμοποιήθηκε έδωσε 18 νέες ενώσεις που περιέχουν το ινδολικό σκελετό και προβλέπεται να έχουν υψηλή δραστικότητα και, ως εκ τούτου, να τους δοθεί προτεραιότητα για βιολογική εξέταση.Ακολουθήθηκε μία παρόμοια ροή εργασίας με συνδυασμό των υπολογιστικών μεθόδων: (i) μοριακής πρόσδεσης, (ii) 3D-QSAR CoMFA (ComparativeMolecular Fields Analysis), (iii) αναζήτησης ομοιότητας και (iv) εικονικής διαλογής της βάσης δεδομένων της PubChem για τον εντοπισμό νέων δυνάμει αναστολέων του HCV με δομή βασισμένη στο ανθρανιλικό οξύ. Αυτή τη φορά, 53 ενώσεις προσδέθηκαν στην αλλοστερική θέση της RNA πολυμεράσης, στον «αντίχειρα» II. Τα πεδία CoMFA δημιουργήθηκαν μέσω της ευθυγράμμισης των προσδεμένων δομών στο ένζυμο, ώστε να κατασκευαστεί ένα επικυρωμένο και σταθερό μοντέλο 3D-QSAR CoMFA. Το προτεινόμενο μοντέλο έδωσε μία πρώτη εικόνα για τα μοριακά χαρακτηριστικά που προάγουν τη βιοδραστικότητα, και στη συνέχεια μέσω της εικονικής διαλογής, εκτιμήθηκε η δραστικότητα νέων δυνάμει βιοδραστικών ενώσεων.Η μεσογειακή αναιμία (ή β-θαλασσαιμία) είναι μια κοινή διαταραχή του αίματος, που μειώνει την παραγωγή της αιμοσφαιρίνης (Hb) και εμφανίζεται σε όλες τις περιοχές της υφηλίου. Η φαρμακολογική επανενεργοποίηση του γονιδίου της γ-σφαιρίνης για την παραγωγή της εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης(HbF) αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη θεραπευτική οδό για τη νόσο. Η ερυθρολευχαιμική ανθρώπινη κυτταρική σειρά Κ562 έχει τη δυνατότητα να εκφράσει τη γ- αλλά όχι τη β-σφαιρίνη. Η διαφοροποίηση των αιμοποιητικών κυττάρων Κ562 σχετίζεται με την αύξηση στην έκφραση των γονιδίων της εμβρυϊκής σφαιρίνης, όπως των γονιδίων της ζ, ε, και γ-σφαιρίνης. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά τα κύτταρα Κ562 ένα ευρέως χρήσιμο μοντέλο κυτταρικής σειράς για τη μελέτη ενώσεων που είναι δυνητικοί επαγωγείς της γ-σφαιρίνης στη θεραπεία της β-θαλασσαιμίας. Σε μια προσπάθεια σχεδιασμού νέων χημειοτύπων με ενισχυμένη κυτταροτοξικότητα εναντίον των κυττάρων της σειράς Κ562, παράχθηκαν 3D φαρμακοφόρα μοντέλα, ενώ διεξήχθησαν μελέτες 3D-QSAR CoMFA καιCoMSIA σε 33 (Ε)-α-βενζυλο-θειο χαλκόνες, ως νέοι αναστολείς της BCRABL.Η BCR-ABL είναι μια μονίμως ενεργή κινάση τυροσίνης, η οποία είναι υπεύθυνη για τον κακοήθη μετασχηματισμό και τη χρόνια μυελογενή λευχαιμία (CML). Αναπτύχθηκε ένα φαρμακοφόρο πέντε τοποθεσιών(AHHRR), με ένα δέκτη δεσμού υδρογόνου, δύο υδρόφοβες ομάδες, και δύο αρωματικούς δακτυλίους ως φαρμακοφόρα χαρακτηριστικά, και προέκυψε ένα σημαντικό στατιστικά μοντέλο 3D-QSAR με εξαιρετική δυνατότητα πρόβλεψης. Το φαρμακοφόρο μοντέλο χρησιμοποιήθηκε επίσης για την ευθυγράμμιση των 33 ενώσεων σε μία ανάλυση CoMFA/CoMSIA. Οι ισοϋψείς χάρτες για τα πεδία CoMFA και CoMSIA παρείχαν μία δομική εικόνα για το πώς αυτά τα μόρια προωθούν την τοξικότητα τους. Συζητήθηκε η δυνατότητα χρήσης αυτού του μοντέλου για τον σχεδιασμό φαρμάκων στη θεραπεία της β-θαλασσαιμίας, δεδομένου ότι αρκετοί αναστολείς της BCR-ABL είναι σε θέση να επάγουν τη διαφοροποίηση των αιμοποιητικών κυττάρων Κ562 (κυτταρική σειρά της CML BCR-ABL) και, ως εκ τούτου την ενεργοποίηση της γ-σφαιρίνης.