Nutrasötik moleküllerin pankeras kanserindeki etkilerinin in sliko ve in vitro tekniklerle araştırılması /
Yazar: NURŞAH DİLAN FİDAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİGAR ÇARŞIBAŞI
Üsküdar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği ve Uygulamalı Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Pankreas kanseri (PK) dünya genelinde çok dirençli ve ölümcül bir kanser türü olarak
görülmektedir. PK yaygın kanser türleri arasında yer almaktadır. Bu nedenle alternatif yeni
yaklaşımlara ihtiyaç duyulurken son çalışmalar, yeni bir hedef proteine, Mitojen-aktif protein
kinaz 4 (Map4k4)'e işaret etmektedir. PK'de Map4k4'ün JNK sinyal yolunun aktivitesini
manipüle ederek hücre çoğalması ve metastaza yol açtığını ve böylece PK'nin ilerlemesine
katkıda bulunduğu gösterilmiştir. Map4k4'ün baskılanması, tümör oluşumu ve ilerlemesinin
önlenmesinde önem taşımaktadır. Günümüzde hastalığın tedavisi için yaygın olarak FDA
onaylı Gemsitabin (Gem) kullanılmaktadır. Gem kanserin ilerlemesini yavaşlatmak ve
durdurmak için kullanılır, yan etkileri kanıtlanmıştır. Terapötik etkileri sınırlı,
biyoyararlanımları düşüktür. Bu araştırmanın amacı pankreas kanseri tedavisi için yüksek
terapötik etkilere ve kararlılığa sahip yeni doğal moleküller keşfetmektir. In siliko hesaplamalar
sonucunda hedef bölgeye en iyi etkileşimi sağlayan iki doğal molekül, Tiamin (Tia), Queuine
(Que) keşfedildi. Bu çalışmada bu iki molekülün Map4k4 enziminin inhibasyonu açısından in
siliko simülasyonlar ve sonrasında insan PK hücrelerinde in vitro biyolojik testler ile etkinlikleri
araştırılmıştır. Autodock Vina programı ile kenetleme çalışmaları, Discovery Studio programı
ile hedef etkileşimleri araştırılan Que ve Tia'nin FDA onaylı kontrol ilaç molekülü Gem ile
karşılaştırılması yapılmıştır. Map4k4 enzimi üzerindeki bağlanma afinite değerleri Que, Tia ve
Gem için sırasıyla, -6.7, -5.9 ve -8 kcal/mol olarak belirlenmiştir. Sitotoksisite tayini ve IC50
değerlerinin belirlenmesi için PK hücre hattında (Panc-1) in vitro hücre kültürü deneyleri
gerçekleştirilmiştir. Bu aday moleküller hücre hattı üzerinde MTT tekniğiyle hücre canlılık ve
güvenli doz aralığı, FDA onaylı kontrol grubu ilacı Gem ile karşılaştırılarak tespit edildi. Buna
göre, Tia'in çok yüksek dozlarda bile hücrelere karşı bir toksik etkisinin bulunmadığı
gözlemlenirken Que ve Gem molekülleri için IC50 değerleri sırasıyla 6,0 ve 64,2 µM olarak
hesaplanmıştır. Buna göre, FDA onaylı ilaç olan Gem'e göre doğal molekül adayı Que'nin,
kanser hücreleri üzerinde yaklaşık 10 kat daha fazla etkili olduğu gözlemlenmiştir. Yapılan
Elisa tekniğiyle enzim miktar tayini sonucu Que'nin Map4k4 enzimine Gem'e göre etkili
bağlandığı görülmektedir. Elde edilen sonuçlar, Que'nin PK tedavisinde prognozu
iyileştirebilecek aday bir molekül olabileceğini göstermektedir.
Anahtar kelimeler: Gemsitabin, Map4k4 Enzimi, Pankreas Kanseri, Queuine, Tiamin

Abstract:
INVESTIGATION OF THE EFFECTS OF NUTRACEUTICAL MOLECULES IN
PANCREATIC CANCER USING IN SILICO AND IN VITRO TECHNIQUES
Pancreatic cancer (PC) is regarded as a highly resistant and deadly type of cancer worldwide.
PC is among the most common types of cancer. Therefore, while alternative new approaches
are needed, recent studies point to a new target protein, Mitogen-Activated Protein Kinase 4
(Map4k4). It has been shown that in PC, Map4k4 manipulates the activity of the JNK signaling
pathway, leading to cell proliferation and metastasis, thus contributing to the progression of PC.
Suppression of Map4k4 is important in preventing tumor formation and progression. Currently,
the widely used FDA-approved drug Gemcitabine (Gem) is used for the treatment of the
disease. Gem is used to slow down and stop the progression of cancer, and its side effects are
well-documented. Its therapeutic effects are limited, and its bioavailability is low. The aim of
this research is to discover new natural molecules with high therapeutic effects and stability for
the treatment of pancreatic cancer. As a result of in silico calculations, two natural molecules,
Thiamine (Tia) and Queuine (Que), which provide the best interaction with the target region,
were discovered. In this study, the efficacy of these two molecules in terms of inhibiting the
Map4k4 enzyme was investigated through in silico simulations and subsequently in vitro
biological tests on human PC cells. Docking studies with the Autodock Vina program and target
interactions with the Discovery Studio program were investigated, and Que and Tia were
compared with the FDA-approved control drug molecule Gem. The binding affinity values on
the Map4k4 enzyme were determined as -6.7, -5.9, and -8 kcal/mol for Que, Tia, and Gem,
respectively. In vitro cell culture experiments were conducted on the PC cell line (Panc-1) to
determine cytotoxicity assays and IC50 values. The viability and safe dose range of these
candidate molecules on the cell line were determined by the MTT technique and compared with
the FDA-approved control drug Gem. Accordingly, it was observed that Tia did not have a toxic
effect on cells even at very high doses, while the IC50 values for Que and Gem molecules were
calculated as 6.0 and 64.2 µM, respectively. Thus, it was observed that the natural molecule
candidate Que was approximately 10 times more effective on cancer cells compared to the
FDA-approved drug Gem. The enzyme quantification with the Elisa technique showed that Que
binds effectively to the Map4k4 enzyme compared to Gem. The results obtained indicate that
Que could be a candidate molecule that can improve the prognosis in the treatment of PC.
Keywords: Gemcitabine, Map4k4 Enzyme, Pancreatic Cancer, Queuine, Thiamine