Antikanser aktiviteye sahip cyclo (phe-pro) dipeptidinin konformasyonel yapısı, spektral analizi ve moleküler kenetlenme çalışmaları
Conformational structure, spectral analysis and molecular docking studies of anticancer active cyclo (phe-pro) dipeptide
Yazar: TUĞÇE SİNEM ÖKTEMER
Danışman: DOÇ. DR. SEFA ÇELİK
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Biyolojik aktif cyclo (phe-pro) dipeptidi, kolon, rahim ve göğüs kanserinde tümörlerin
büyümesini engelleyen ve kolon kanser hücrelerinde apoptozu tetikleyen potansiyel bir antikanser ajandır. Ayrıca, cyclo (phe-pro) dipeptidinin kanser hücrelerinin oluşumunda önemli bir
faktör olarak kabul edilen DNA hasarı üzerinde önemli etkileri olduğu belirlenmiştir. Bir
molekülün yapısı ve aktivitesi arasındaki ilişkinin önemi sebebiyle bu çalışmanın ilk
aşamasında Spartan06 programı kullanılarak DFT/B3LYP/6-31G(d,p) teori düzeyinde
konformasyon analizi yapılmıştır. Bu analiz sonucunda cyclo (phe-pro) dipeptidinin üç kararlı
konformeri belirlenmiş ve enerjileri hesaplanmıştır. Ardından, molekülün elde edilen en düşük
enerjili konformeri Gaussian 09 programı kullanılarak DFT/wb97xd/6-311++G(d,p) teori
düzeyi ile optimize edilmiş ve geometri parametreleri belirlenmiştir. Cyclo (phe-pro)
dipeptidinin optimize yapısının HOMO-LUMO enerjileri ve moleküler elektrostatik potansiyel
(MEP) yüzeyi, DFT/wb97xd/6-311++G(d,p) teori düzeyinde hesaplanmıştır. Ayrıca titreşim
frekans analizi yapılarak, molekülün titreşim modlarının IR şiddetleri, Raman aktiviteleri ve
potansiyel enerji dağılımları (PED) MOLVIB programı kullanılarak hesaplanmıştır. Elde edilen
Raman aktivitelerinin Raman şiddetine dönüştürülmesi için Simirra simülasyon programı
kullanılmıştır. Dipeptidin titreşim spektrumları Jasco 6300 FT-IR (2 cm−1
çözünürlükte) ve
NRS 3100 mikro Raman spektrometreleri kullanılarak kaydedilmiştir. Elde edilen deneysel ve
teorik sonuçlar karşılaştırılarak uyum içinde oldukları saptanmıştır.
Bu çalışmada, anti-kanser etkinliğini değerlendirmek amacı ile, cyclo (phe-pro) dipeptidinin
DNA (PDB ID: 1BNA) ve epidermal büyüme faktörü reseptörü EGFR (PDB ID: 4HJO) ile
etkileşimi moleküler kenetlenme çalışmaları yapılarak incelenmiştir. Hedef reseptörlerin
CAVER programı ile belirlenen aktif bölgeleri üzerinde yapılan moleküler kenetlenme
çalışmaları AutoDock-Vina programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Moleküler kenetlenme
analizi sonuçları, cyclo (phe-pro) dipeptidinin DNA'nın DC11 ve DG10 nükleik asitleri ve
EGFR reseptörünün Leu694, Phe699, Leu723, Glu725 ve Leu820 amino asitleri ile etkileşime
girdiğini ortaya çıkartmıştır.
Ayrıca, cyclo (phe-pro) ve EGFR reseptörü arasındaki etkileşimlerin detaylı analizi ve
bağlanma kararlılığının değerlendirilmesi için GROMACS programı kullanılarak cyclo (phepro)-EGFR kompleksi üzerinde moleküler dinamik (MD) simülasyonu yapılmıştır. Reseptör ve
ligandın 50 ns süresince kök ortalama kare sapması (RMSD), reseptörün kök ortalama kare
dalgalanması (RMSF), jirasyon yarıçapı (Rg) ve ligandın hidrojen bağ sayısındaki değişimi
belirlenmiştir.
Ek olarak, cyclo (phe-pro) ile EGFR'nin bağlanma serbest enerjisi hesaplanmıştır.
Haziran 2023, 156 sayfa.
Anahtar kelimeler: Cyclo (phe-pro) dipeptidi, konformasyon analizi, moleküler kenetlenme
analizi, IR spektroskopisi, Raman spektroskopisi.

Abstract:
Biologically active cyclo (phe-pro) dipeptide, a potential anti-cancer agent, inhibits tumor
growth in colon, cervical and breast cancers and induces apoptosis in colon cancer cells.
Furthermore, it has been determined that cyclo (phe-pro) dipeptide has significant effects on
DNA damage, which is considered an important factor in the formation and development of
cancer cells. Due to the importance of the the relationship between the structure and activity of
a molecule, in the first stage of this study, conformational analysis was performed using the
Spartan 06 program at the DFT/B3LYP/6-31G(d,p) level of theory. Three stable conformers of
the cyclo (phe-pro) dipeptide were obtained and their energies were calculated. The obtained
lowest energy conformer of the dipeptide was then optimized by the DFT/wb97xd/6-
311++G(d,p) level of theory using the Gaussian 03 program, and the geometry parameters were
determined. The HOMO-LUMO energies and molecular electrostatic potential (MEP) surface
of the optimized structure of cyclo (phe-pro) dipeptide were calculated using the
DFT/wb97xd/6-311++G(d,p) level of theory. In addition, vibration frequency analysis was
performed and the IR intensities, Raman activities and potential energy distributions (PED) of
the vibrational modes of the molecule were calculated using the MOLVIB program. The
obtained Raman activities were converted to Raman intensities with the help of the Simirra
simulation program. The vibrational spectra of cyclo (phe-pro) were recorded with Jasco 6300
FT-IR spectrometer (in 2 cm−1
resolution) and NRS 3100 micro Raman spectrometers.
Obtained experimental and theoretical results were compared and they were found to be in good
agreement.
In this study, to evaluate the anticancer activity, the interactions of the cyclo(phe-pro) dipeptide
with DNA (PDB ID: 1BNA) and epidermal growth factor receptor EGFR (PDB ID: 4HJO)
were investigated by molecular docking studies. The docking simulations were performed by
using AutoDock-Vina program, on the active regions of the target receptors that were
determined by the CAVER program. The results of molecular docking analysis revealed that
cyclo (phe-pro) dipeptide interacted with DC11 and DG10 nucleic acids of DNA and Leu694,
Phe699, Leu723, Glu725 and Leu820 amino acids of EGFR receptor.
Moreover, molecular dynamics (MD) simulation on Cyclo(phe-pro)-EGFR complex was
performed using the GROMACS program to analyze the interactions between Cyclo(phe-pro)
and the EGFR receptor in detail and to evaluate the binding stability. The root mean square
deviation (RMSD) of the receptor and ligand, the root mean square fluctuation (RMSF) of the
receptor, radius of gyration (Rg) and the change in the hydrogen bond number of the ligand
were determined during a 50 ns timed MD simulation.
In addition, the binding free energy of cyclo (phe-pro) dipeptide and EGFR receptor was also
calculated in this study.
June 2023, 156 pages.
Keywords: Cyclo (phe-pro) dipeptide, conformational analysis, molecular docking analysis,
IR spectroscopy, Raman spectroscopy.