Yeni bazı pirimidin nükleobaz ve nükleozit analoğu bileşiklerin sentez, yapı aydınlatması ve over kanser hücrelerinde sitotoksik aktiviteleri üzerinde çalışmalar
Studies on the synthesis, structure elucidation and cytotoxic activities of some new pyrimidine nucleobase and nucleoside analogue compounds in ovarian cancer cells
Yazar: HİLAL ZIVALI
Danışman: PROF. DR. MERAL TUNÇBİLEK
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology

Özet:
Over kanseri, menopoz sonrası yaşlarda ortaya çıkan ve genellikle ileri evrede teşhis edilen Avrupa'da ve Kuzey Amerika'da yüksek insidansa sahip yaygın bir jinekolojik malignite olarak karşımıza çıkmaktadır. Karın bölgesinde şişkinlik, bulantı, yorgunluk, erken doygunluk hissi, idrar semptomları ve kilo kaybı gibi çok da spesifik olmayan belirtileri mevcuttur ve bu sebeple çoğunlukla küratif tedavinin mümkün olmadığı ileri evrelerde tanı almaktadır. 
Bu çalışma kapsamında yeni bazı pirimidin nükleobaz (7-14) ve nükleozit (21-24) analoğu bileşiklere ulaşmak üzere 7'si orijinal toplam 16 ara basamak bileşikten hareket ile 12 adet orijinal sonuç bileşiğin sentezi gerçekleştirilmiştir. Nükleobaz türevlerinin sentezinde timin ve urasil olmak üzere iki farklı başlangıç maddesinden hareket edilmiştir. İlk olarak serbest NH grupları benzoil grubu ile korunmuş (2a/2b) ve daha sonra selektif hidroliz ile elde edilen türevin bazik ortamda siklopentil bromür ile alkilasyonu sonucunda 4a/4b bileşikleri elde edilmiştir. Pirimidin halkasında 4 numaralı konumun 1,2,4-triazol ile sübstitüsyonunu takiben elde edilen ara ürünün sübstitüe anilin türevleri ile reaksiyona sonucunda nükleobaz (7-14) analogları sentezlenmiştir. Nükleozit analoğu bileşiklerin sentezinde başlangıç maddesi olan timin yapısının 1,2,3,5-tetra-O-asetil-β-D-ribofuranoz ile reaksiyonu sonucu β-glikozidik bağ oluşturularak bileşik 15 elde edilmiştir. Bileşik 15, 1,2,4-triazol ile sübstite edilip arkasından sübstitüe anilin türevleri ile reaksiyona tabi tutularak bileşik 17-20 sentezlenmiştir. Son olarak bazik ortamda O-asetil grubunun hidrolizi ile sonuç pirimidin nükleozit (21-24) analoglarına ulaşılmıştır. 
Tasarlanan bileşiklerin moleküler modelleme çalışmasında PARP1 (PDB:7KK3) kristali kullanılmıştır. Olaparib ve talazoparib'in (PDB: 7KK3) insan PARP1 enzim aktif bölgesinde yaptığı güçlü etkileşimler ve bağlanma bölgesindeki stabil konformasyonu sebebiyle bağlanma enerjisi -12.200, -11.189 kkal/mol olarak hesaplanmıştır. Yapısında şeker grubu taşıyan nükleozit analoglarının (21-24) ribofuranoz halkası üzerindeki serbest hidroksil gruplarının varlığı nedeniyle aktif bölge amino asitleriyle hidrojen bağları yapılmasına olanak sağladığı ve bu sebeple serbest bağlanma enerjilerinin -8.495 ile -7.940 kkal/mol arasında olduğu çok iyi bir bağlanma profili sergilediği görülmüştür. Timin çekirdeğine sahip siklopentan halkası taşıyan nükleobaz analoglarının (11-14) serbest bağlanma enerjilerinin -7.515 ile -6.041 kkal/mol arasında olduğu; urasil yapısı içeren nükleobaz bileşiklerinde (7-10) ise serbest bağlanma enerjilerinin -7.039 ile -5.838 kkal/mol olduğu görülmüştür.
Sentezlenen pirimidin nükleobaz (7-14) ve nükleozit (21-24) analoğu türevlerin sitotoksik aktiviteleri OVCAR-3 ve KURAMOCHI over kanser hücre hatlarında SRB testi ile over kanseri tedavisinde kullanılan olaparib ve karboplatin'e karşı incelenmiştir. Primidin nükleobaz analoglarından bileşik 8 IC50 = 27,1 ± 4,56 değeri ile OVCAR-3, IC50 = 46,2 ± 4,87 ile KURAMOCHI hücre hattında en aktif molekül olarak belirlenmiştir. Bileşik 8'in olaparib'den bu hücre hatlarında (OVCAR-3 için IC50 = 75,8 ± 6,1, IC50 = 84,5 ± 11,4 ) daha yüksek sitotoksik aktivite gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Ovarian cancer is a common gynecologic malignancy with a high incidence in Europe and North America, occurring in postmenopausal ages and usually diagnosed at an advanced stage. It has non-specific symptoms such as abdominal distension, nausea, fatigue, early satiety, urinary symptoms and weight loss, and therefore it is often diagnosed in advanced stages where curative treatment is not possible. 
Within the scope of this study, 12 original resulting compounds were synthesized starting from a total 16 intermediate step compounds, 7 of which were original, in order to reach new pyrimidine nucleobase (7-14) and nucleoside (21-24) analogs compounds. In the synthesis of nucleobase derivatives, two different starting materials, thymine and uracil, were used. First, the free NH groups were protected with benzoyl group (2a/2b) and then compounds 4a/4b were obtained by alkylation of the derivative obtained by selective hydrolysis with cyclopentyl bromide in basic a medium. Following the substitution of position 4 on the pyrimidine ring with 1,2,4-triazole, nucleobase analogs (7-14) were synthesized by reaction of the intermediate product with substituted aniline derivatives. Compound 15 was obtained by forming a β-glycosidic bond as result of the reaction of the thymine structure, which is the starting material in the synthesis of nucleoside analog compounds, with 1,2,3,5-tetra-O-acetyl-β-D-ribofuranose .Compound 15 was substituted with 1,2,4-triazole and then reacted with substituted aniline derivatives to synthesize compounds 17-20. Finally, the resulting pyrimidine nucleoside analogs (21-24) were obtained by hydrolysis of the O-acetyl group in basic medium. 
PARP1 (PDB:7KK3) crystal was used in the molecular modeling study of the designed compounds. The binding energy of olaparib and talazoparib (PDB: 7KK3) was calculated as -12.200, -11.189 kcal/mol due to their strong interactions in the human PARP1 enzyme active site and stable conformation in the binding site. Nucleoside analogs (21-24) containing sugar groups in their structure allow hydrogen bonds to be made with active site amino acids due to the presence of free hydroxyl groups on the ribofuranose ring, and therefore, it has been observed that they exhibit a very good binding profile with binding energies between -8.495 and -7.940 kcal/mol.. The free binding energies of the nucleobase analogs (11-14) containing cyclopentane ring with thymine core were found to be between -7.515 and -6.041 kcal/mol, while the free binding energies of the nucleobase compounds (7-10) containing uracil structure were found to be between -7.039 and -5.838 kcal/mol.
The cytotoxic activities of the synthesized pyrimidine nucleobase (7-14) and nucleoside (21-24) analog derivatives were investigated in OVCAR-3 and KURAMOCHI ovarian cancer cell lines against olaparib and carboplatin used in ovarian cancer treatment by SRB assay. Compound 8, a primidine nucleobase analog, was found to be the most active molecule in OVCAR-3 cell line with IC50 = 27.1 ± 4.56 and in KURAMOCHI cell line with IC50 = 46.2 ± 4.87. Compound 8 showed higher cytotoxic activity than olaparib in these cell lines (IC50 = 75.8 ± 6.1, IC50 = 84.5 ± 11.4 for OVCAR-3).