İnsan karbonik anhidraz hCA IX ve XII enzim inhibisyonu gösterebilecek 3-fenil-5-sülfamoil-1H-indol artığı taşıyan yeni moleküller üzerine çalışmalar
Investigation of novel 3-phenyl-5-sulfamoyl-1H-indole groups carrying novel compouds as potential inhibitors of human carbonic anhydrase hCA IX and XII
Yazar: KÜBRA DEMİR YAZICI
Danışman: PROF. DR. ÖZLEN GÜZEL AKDEMİR ; PROF. DR. ATİLLA AKDEMİR
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı / Farmasötik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: 5-sülfamoilindol = 5-sulfamoylindole ; Antikanser = Anticancer ; Docking = Docking ; Karbonik anhidraz = Carbonic anhydrases ; Karbotiyoamid = Carbothioamide ; Sülfonamitler = Sulfonamides ; Tiyadiazoller = Thiadiazoles ; Tiyosemikarbazit = Thiosemicarbazide

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, insan karbonik anhidraz enzimi (hCA) izoformlarına karşı inhibitör aktivitesi bilinen lider molekül 3-fenil-5-sülfamoil-1H-indol-2-karbohidrazid ve lider molekülden hareketle sentezlenen birçok türevin hCA enzim inhibisyonundaki kanıtlanmış başarısına dayanarak, tümör ilişkili hCA IX/XII enzim inhibisyonu sağlayabilecek daha seçici ve potent moleküllerin keşfi amacıyla, lider bileşikten hareketle 3-fenil-5-sülfamoil-1H-indol artığı taşıyan 1,4-disübstitüe tiyosemikarbazidler (5a-5t) ile bunların dehidrosiklizasyonundan kazanılan 1,3,4-tiyadiazoller (6a-6p) tasarlanmış, sentezlenmiş, kimyasal yapıları aydınlatılmış ve in vitro enzim inhibisyon deneyleri ile tümör ilişkili hedef izoformlar hCA IX/XII ve hedef dışı yaygın izoformlar hCA I/II'ye karşı inhibitör potansiyelleri araştırılmıştır. Buna göre sentezlenen her iki seri bileşik de (5a-5t ve 6a-6p) hedef izoformlar hCA IX/XII'yi düşük nanomolar düzeyde ve hedef dışı izoformlar hCA I/II'ye karşı yüksek seçicilik oranları ile inhibe etmiştir. Moleküller 5r ve 5s ise her iki tümör ilişkili izoforma karşı subnanomolar düzeye varan potansiyelle inhibitör aktivite göstermiştir (5r: Ki hCA IX= 2,1 nm ve Ki hCA XII= 0,69 nm; 5s: Ki hCA IX= 1,4 nm ve Ki hCA XII= 0,87 nm). Sentezlenen bileşiklerin HT-29 kolon karsinoma ve CCD-986Sk sağlıklı deri fibroblast hücre hatlarında, hücre canlılığı üzerine etkileri MTT deneyi ile test edilmiştir. Moleküller 5e ve 6h'nin, HT-29 kanser hücre dizisine karşı sitotoksisite gösterdiği dozda, CCD-986Sk sağlıklı hücre dizine sitotoksisite göstermediği tespit edilmiştir. Ayrıca in vitro testler sonucu umut vaad ettiği düşünülerek seçilen 5e, 5r ve 6h moleküllerinin Western blot yöntemi ile hCA IX/XII protein ekspresyonu üzerindeki etkileri araştırılmıştır.
Moleküler modelleme yöntemleri kullanılarak bileşikler 5a-5t ve 6a-6p'nin, dört hCA izoformunun (hCA I/II/IX/XII) toplamda 30 farklı kristal yapısı hazırlanarak ensemble docking ve moleküler dinamik simülasyonu çalışmaları yapılmış ve olası hCA enzim inhibisyon profilleri moleküler düzeyde anlaşılmaya çalışılmıştır. In silico ADME tahminleri ile farmakokinetik özellikleri değerlendirilmiştir.

Abstract:
In this study, new analogs of our lead molecule 3-phenyl-5-sulfamoyl-1H-indole-2-carbohydrazide that shows potent hCA enzyme inhibition were designed, synthesized and tested in enzyme inhibition assays against the tumor-associated isoforms hCA IX/XII and the widespread off-target isoforms hCA I/II. The new analogs are 1,4-disubstituted thiosemicarbazides (5a-5t) and the 1,3,4-thiadiazoles containing 3-phenyl-5-sulfamoyl-1H-indole groups obtained from their corresponding dehydrocyclization (6a-6p). 
Both synthesized series (5a-5t and 6a-6p) inhibit target isoforms hCA IX/XII at low nanomolar concentration and high selectivity compared to the off-target isoforms hCA I/II. Compounds 5r and 5s show potent inhibition of both tumor-associated isoforms at low or even subnanomolar concentration (5r: Ki hCA IX = 2.1 nm and Ki hCA XII = 0.69 nm; 5s: Ki hCA IX=1.4 nm and Ki hCA XII = 0.87 nm). The cytotoxicity of the synthesized compounds on cell viability in HT-29 colon carcinoma and CCD-986Sk healthy skin fibroblast cell lines were tested with the MTT assay. It was determined that molecules 5e and 6h did not show cytotoxicity to CCD-986Sk healthy cell line at the doses that showed cytotoxicity against the HT-29 cancer cell line. In addition, the effects of 5e, 5r, and 6h on hCA IX/XII protein expression levels were investigated by Western Blot.
Molecular modelling studies were performed to identify the potential binding interactions of compounds 5a-5t and 6a-6p with the tumor-associated isoforms hCA IX/XII and the widespread off-target isoforms hCA I/II. To this end, an ensemble docking procedures against 30 different crystal structures of four hCA isoforms (hCA I/II/IX/XII) was perfomed. Finally, in silico ADME prediction studies were performed to suggest the pharmacokinetic properties of the synthesized molecules.