Sülfonamid ve karbazol türevlerinin dna/protein etkileşimlerinin spektroskopik ve moleküler kenetlenme yöntemleri ile incelenmesi
Investigation of dna/protein interactions with sulfonamide and carbazol derivatives by spectroscopic and molecular docking methods
Yazar: FULYA KIPÇAK
Danışman: PROF. DR. ELMAS GÖKOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyokimya = Biochemistry ; Kimya = Chemistry
Dizin: DNA = DNA ; DNA probları = DNA probes ; Flüoresan spektroskopisi = Fluorescence spectroscopy ; Morüstü-görünür spektroskopisi =

Özet:
Tez çalışması iki bölüm halinde yürütülmüştür. İlk bölümde sülfa grubu ilaçlardan model bileşik olarak seçilen ve antimikrobiyal özelliğe sahip sülfonamid türevi olan sülfatiyazol (STZ) ile calf thymus DNA (ct-DNA) ve protein (HSA/insülin) etkileşimleri spektroskopik (absorpsiyon, floresans) ve moleküler kenetlenme yöntemleri ile incelenmiştir. DNA ve STZ'nin zayıf floresans özellik göstermesi nedeni ile florometrik etkileşim çalışmalarında dolaylı yöntem tercih edilmiştir ve etidinyum bromür (EB) floresans uç olarak kulanılmıştır. STZ ile DNA, HSA, insülin etkileşimleri pH 7.4 tampon ortamında, farklı sıcaklıklarda çalışılmıştır ve termodinamik parametrelere (G, H, S) göre bağlanma özellikleri açıklanmıştır. H ve S parametrelerinin negatif olması, DNA ve insülinin STZ'ye hidrojen bağları ve van der Waals kuvvetleri ile bağlandığını, parametrelerin pozitif değerleri ise HSA'nın hidrofobik kuvvetlerle STZ ile bağlandığını işaret etmiştir. STZ ve DNA arasındaki kovalent olmayan bağlanma türünün oluk bağlanma olabileceği açıklanmıştır. Floresans rezonans enerji transferi (FRET) yöntemine göre, moleküller arası bağlanma uzaklığı STZ-HSA için 3.96 nm, STZ-insülin için 3.54 nm olarak bulunmuştur ve molekül çiftleri arasında ışımasız enerji aktarımının etkin olduğu sonucuna varılmıştır. Moleküler kenetlenme çalışmaları spektral sonuçları destekleyerek; STZ molekülünün, DNA, HSA, insülin gibi her bir hedef için benzer etkileşim ve konformasyon eğilimlerine sahip olduğunu ortaya koymuştur.

İkinci bölümde ise yeni sentezlenen ve anti kanser etken maddesi olarak önerilen 3-amido-9-etilkarbazol türevleri CMR (morfolin içeren) ve CPR (piperazin içeren)'nin DNA/protein (HSA) bağlanma özellikleri aynı yöntemlerle incelenmiştir. Türevlerin floresans özelliğe sahip olmaları nedeni ile DNA florometrik etkileşim çalışmalarında direkt yöntem kullanılmıştır. CMR ile DNA/HSA ve CPR ile DNA/HSA komplekslerinin her birinin oluşumunda statik sönüm mekanizmasının ve termodinamik parametrelere göre bağlanmada hidrofobik etkileşimlerin etkin rol oynadığı sonucuna varılmıştır. Ayrıca DNA'nın bağlanma özellikleri, iki farklı floresans ucun (EB ve H33258) yarışma deneyleri, iyonik şiddet etkisi, iyodür iyonu sönümü kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlar DNA ile CMR ve CPR'nin, DNA'nın A-T bölgesindeki küçük oluğa bağlanmasıyla etkileşime girdiğini göstermiştir. Floresans rezonans enerji transferi (FRET) yöntemine göre, moleküller arası bağlanma uzaklığı CMR-HSA için 3.10 nm, CPR-HSA için 2.45 nm olması bu molekül çiftleri arasında ışımasız enerji aktarımının etkin olduğu sonucuna varılmıştır. Elde edilen deneysel veriler, moleküler kenetlenme sonuçları ile desteklenmiştir ve doğrulanmıştır. Gerek spektral ve gerekse hesaplamalı sonuçlar, CMR ve CPR türevlerinin diğer benzer karbazol bileşikleri için model olabileceği ve ilaç tasarımında umut verici moleküler türler olarak sınıflandırılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
The thesis study was carried out in two parts. In the first part, the interactions of calf thymus DNA (ct-DNA), protein (HSA / insulin) and sulfathiazole (STZ), a sulfonamide derivative with antimicrobial properties, selected as a model compound from sulfa group drugs were examined by spectroscopic (absorption, fluorescence) and molecular docking methods. Due to the weak fluorescence of DNA and STZ, indirect method was preferred in fluorometric interaction studies and ethidinium bromide (EB) was used as a fluorescence probe. The interactions of STZ with DNA, HSA, and insulin were studied in pH 7.4 buffer medium at different temperatures and their binding properties according to thermodynamic parameters (G, H, S) were explained. The negative values of H and S parameters indicated that DNA and insulin were bound to STZ by hydrogen bonds and van der Waals forces, and positive values of the parameters indicated that HSA was bound by hydrophobic forces with STZ. It has been clarified that the type of non-covalent binding between STZ and DNA may be groove binding. According to the fluorescence resonance energy transfer (FRET) method, the intermolecular bonding distance was found as 3.96 nm for STZ-HSA and 3.54 nm for STZ-insulin, and it was found that non-radiative energy transfer between molecule pairs was effective. Molecular docking studies demonstrated that the STZ molecule has similar interaction and conformational tendencies for each target, such as DNA, HSA, and insulin by supporting spectral results.

In the second part, the DNA / protein (HSA) binding properties of 3-amido-9-ethylcarbazole derivatives CMR (containing morpholine) and CPR (containing piperazine), which are newly synthesized and proposed as anti-cancer agents, were examined with the same methods. Because the derivatives have fluorescence properties, direct method was used in DNA fluorometric interaction studies. It was concluded that static quenching mechanism and hydrophobic interactions according to the thermodynamic parameters play an effective role in the formation of each of the CMR and DNA / HSA and CPR and DNA / HSA complexes. In addition, the binding properties of DNA were investigated by using competition experiments of two different fluorescence probes (EB and H33258), ionic strength effect, iodide ion quenching. The results suggested that CMR and CPR entered into the minor groove binding with the A-T region of DNA. According to the fluorescence resonance energy transfer (FRET) method, the intermolecular bonding distance is 3.10 nm for CMR-HSA and 2.45 nm for CPR-HSA. It has been concluded that non-radiative energy transfer between these molecule pairs is effective. The obtained experimental data were supported and validated by molecular docking results. Both spectral and computational results show that CMR and CPR derivatives can be classified as a promising molecule in drug design for other similar carbazole derivatives.