Alzheimer hastalığının tedavisinde doğal kaynaklı ve FDA onaylı moleküllerin asetilkolinesteraz enziminin inhibasyonu için in siliko ve in vitro tekniklerle araştırılması
Investigation of natural origin and FDA approved molecules for inhibition of acetylcholinesterase enzyme in the treatment of Alzheimer's Disease by in silico and in vitro techniques
Yazar: MÜNTEHA GİRGİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİGAR ÇARŞIBAŞI
Üsküdar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Alzheimer hastalığı, 65 yaş üzerindeki bireylerde kortekste asetilkolin seviyesinin düşüşüne bağlı bilişsel ve davranışsal bozukluklarla karakterize nörodejeneratif bir hastalıktır. Dünya Sağlık Örgütü tarafından küresel bir halk sağlığı tehditti olarak kabul edilmektedir. Şu anda dünya genelinde yaklaşık 55 milyon Alzheimer hastası bulunmaktadır. Bu sayının 2050 yılına kadar 152 milyona çıkması beklenmektedir. Dünya genelinde etkilenen nüfusun endişe verici artışına rağmen, etkili terapötik ajanlar konusunda bir kıtlık vardır. Günümüzde hastalığın tedavisi için kullanılan FDA tarafından onaylanmış üç ilaç vardır: Donepezil, Galantamine ve Rivastigmine. Bu ilaçların terapötik etkileri sınırlıdır, biyoyararlanımları düşüktür ve yüksek düzeyde hepatotoksisite nedeniyle önemli yan etkilere neden olurlar. Bu araştırmanın amacı, Alzheimer tedavisi için yüksek terapötik etkilere ve kararlılığa sahip yeni doğal moleküller keşfetmektir. Bu araştırma, in siliko aşamasında, Zinc15 ve Drugbank adlı iki büyük sanal kütüphaneden veriler toplandı. Kararlılık, Moleküler Dinamik simülasyonlarıyla araştırıldı ve Moleküler Mekanik Genelleştirilmiş Born Yüzey Alanı hesaplamalarıyla serbest enerji hesaplamaları yapıldı. İn siliko hesaplamalar, sonucunda hedef bölgeyle en iyi etkileşimi olan üç doğal molekül, Thiamine, Queuine ve Etoperidone keşfedildi. Öncü üç adaylar hem tek başına hem de sinerjik etkileri in vitro SH-SY5Y hücre hattı üzerinde RTCA ve MTT teknikleriyle hücre canlılık ve güvenli doz aralığı, FDA onaylı kontrol grubu ilaçları Donepezil ve Galantamine ile karşılaştırılarak tespit edildi. Asetikolinesteraz üzerinde spesifik etkisi Western blot tekniğiyle ve Ellman yöntemiyle asetilkolinesteraz üzerindeki inhibisyon etki derecesi araştırıldı. Bu sonuçlar, Alzheimer hastalığı tedavisinde doğal terapötik yardımcılar olarak kullanılabilecek moleküllerin in vivo hayvan testlerinin geliştirilmesi için umut vermektedir.

Abstract:
Alzheimer's disease is a neurodegenerative disorder characterized by cognitive and behavioral impairments associated with a decrease in acetylcholine levels in the cortex, primarily affecting individuals aged 65 and above. It is recognized as a global public health threat by the World Health Organization. Currently, there are approximately 55 million people worldwide with Alzheimer's disease, and this number is expected to reach 139 million by the year 2050. Despite the alarming increase in the affected population worldwide, there is a shortage of effective therapeutic agents.Currently, there are three FDA-approved drugs used for the treatment of the disease: Donepezil, Galantamine, and Rivastigmine. However, these drugs have limited therapeutic effects, low bioavailability, and significant side effects due to high hepatotoxicity. The aim of this research is to discover new natural molecules with high therapeutic efficacy and stability for Alzheimer's treatment.In this study, data were collected from two large virtual libraries, Zinc15 and Drugbank, during the in silico stage. Stability was investigated through Molecular Dynamics simulations, and free energy calculations were performed using Molecular Mechanics Generalized Born Surface Area calculations. In silico calculations led to the discovery of three natural molecules, Thiamine, Queuine, and Etoperidone, which showed the best interactions with the target region.The preliminary candidates were evaluated for their individual and synergistic effects on cell viability using the RTCA and MTT techniques on the in vitro SH-SY5Y cell line. The safe dosage range and efficacy were determined by comparing them with FDA-approved control drugs, Donepezil, and Galantamine. The specific effect on acetylcholinesterase was investigated using Western blot technique, and the degree of inhibition on acetylcholinesterase was assessed using the Ellman method.These results provide hope for the development of in vivo animal tests for molecules that can be used as natural therapeutic adjuncts in the treatment of Alzheimer's disease.