Çeşitli Arilkumarin Türevlerinin Glutatyon S-Transferaz Aktivitesi Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi
Investigation of the effects of some arylcoumarin derivatives on the activity of glutathione s-transferase
Yazar: BERK ORHAN
Danışman: DOÇ. DR. ÖZKAN DANIŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
Kanser, günümüzde hem gelişmiş hem de gelişmemiş ülkelerde insan hayatını etkileyen en ciddi ve yaygın sağlık sorunlarından biridir. Kanser tedavisinde öne çıkan yöntemler kemoterapi, radyoterapi ve cerrahi müdahaledir. 
Kemoterapi, anti-kanser ilaçlarının kullanımı ile sistematik olarak tümör büyümesini durduran veya yavaşlatan, kanserli hücrelerin yayılmasını kontrol eden, kanser tedavisinde kullanılan en etkili yöntemlerden biridir. Bununla birlikte kemoterapide kullanılan anti-kanser ilaçlarına karşı gelişen çoklu ilaç direnci, kanser tedavisinde elde edilmesi amaçlanan başarıyı önemli ölçüde kısıtlar. Çoklu ilaç direnci, ilaçların hücreden artmış atılımı, programlı hücre ölümünün inhibisyonu, DNA hasar tamiri, ilaç hedef değişimi ve inaktivasyonu gibi farklı mekanizmalarla ortaya çıkabilir. Bu mekanizmalardan ilaç inaktivasyonu ve programlı hücre ölümü inhibisyonunun ortaya çıkmasında en önemli faktörlerden birisi, özellikle akciğer, kolon, böbrek, mide, pankreas, göğüs kanserlerinde Glutatyon S-Transferaz Pi (GSTPi) izoformunun ekspresyonunundaki artıştır. Hücre içi zehirsizleştime reaksiyonlarında görev alan GST enzimleri, özellikle alkilleyici ajanlar olmak üzere, bazı anti-kanser ilaçlarının hücreden hızlı bir şekilde atılmasını sağlayarak etkinliklerini azaltır veya mitojen ile aktive edilmiş protein kinaz enzimleriyle kompleks oluşturarak programlı hücre ölümünün engellenmesine katkıda bulunurlar. Bu sebeple, son yıllarda çoklu ilaç direncini aşmak için destekleyici ajan olarak kullanılabilecek yeni GST inhibitörlerin tasarlanması ve sentezi önem kazanmıştır. 
Bu çalışmada, Kimya Bölümü Biyokimya ve Organik Kimya laboratuvarlarında daha önceden sentezlenmiş çeşitli arilkumarin, benzokumarin ve biskumarin türevlerinin, rekombinant GSTPi ve yüksek oranda GSTPi içerdiği bilinen insan plasenta GST enzim aktivitesi üzerindeki in vitro etkileri indirgenmiş glutatyon ve 1-kloro-2,4-dinitrobenzen substrat olarak kullanılarak araştırılmıştır. Farklı sübstitüsyonlar içeren 38 kumarin türevi arasında en yüksek aktivite gösteren kumarin türevleri insan plasenta GST enzimi için K8 (4-(3,4-dimetoksifenil)-6,7-dihidroksikumarin, IC50: 3,43 µM), rekombinant GSTPi enzimi için K21 (4-(3,4-dihidroksifenil-6,7-dihidroksikumarin, IC50: 0,135 µM) olarak belirlenmiştir. En yüksek inhibisyon aktivitesine sahip olan kumarin türevlerinden K21 bileşiğinin inhibisyon mekanizması araştırılmış ve kumarin türevinin etkisini geri dönüşümsüz inhibisyon mekanizması ile gösterdiği bulunmuştur. En yüksek aktiviteye sahip olan kumarin türevlerinin rekombinant GSTPi izoenzimi ile etkileşimleri esnek doking metodu ile incelenerek kumarin türevlerinin rekombinant GSTPi izoenzimi ile bağlanma enerjileri araştırılmıştır.
Elde edilen verilerin ışığında, yüksek GSTPi inhibisyon aktivitelerine sahip olan kumarin türevlerinin, kanser tedavisindeki başarısızlığın en önemli sebeplerinden biri olan çoklu ilaç direncinin aşılması için yeni yardımcı ilaçların geliştirilmesinde potansiyel öneme sahip olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
Cancer is one of the most prevalent and severe disease affecting human life in both developed and developing countries. The prominent methods at the treatment of cancer are chemotherapy, radiotherapy and surgical operations. 
Chemotherapy is one of the most effective method of treating cancer, with the use of anti-cancer drugs, systematically stopping or slowing tumor growth, controlling or preventing the spread of cancerous cells. However, the multidrug resistance likely to progress by using anti-cancer drugs in chemotherapy is a significant limitation on the success of treatment with chemotherapy. The multiple drug resistance may be comprised of diverse mechanisms such as drug inactivation, cell dead inhibition, drug target alteration, drug efflux, DNA damage repair. The glutathione S-Transferase Pi isoenzyme (GSTPi) being highly expressed in the lung, prostate, colon, kidney, stomach, pancreas and breast cancers are regarded imperative in the formation of drug inactivation and cell dead inhibition which are among the most important of the multiple drug resistance mechanisms. The GST enzymes participating in intracellular detoxification decrease the activity of some of the anticancer drugs, especially alkylating agents, by expelling them rapidly from the cell, or inhibit programmed cell death by making complexes with mitogen activated protein kinases. For this reason, the design and synthesis of new GST inhibitors as adjuvants to overcome multiple drug resistance have become important in the recent years. 
In this study, the in vitro effects of previously synthesized arylcoumarin, benzocoumarin and biscoumarin derivatives on recombinant GSTPi and human placental GST which is known for its high GSTPi content, were studied using reduced glutathione and 1-chloro-2,4-dinitrobenzene as substrates. Among the 38 coumarin derivatives containing different substitutions, the coumarin derivatives showing the highest activity were found as K8 for human placental GST enzyme (4-(3,4-dimethoxyphenyl)-6,7-dihydroxy-coumarin, IC50: 3,43 µM), K21 for recombinant GSTPi enzyme (4-(3,4-hydroxyphenyl)-6,7-dihydroxycoumarin, IC 50: 0.137 µM). The inhibition mechanism of K21 which had the highest inhibitory activity was also investigated and it was found that the coumarin derivative inhibits the enzyme with irreversible inhibition mechanism. The interaction of coumarin derivatives with the highest activity on the recombinant GSTPi isoenzyme was investigated by flexible docking method and the binding energies of coumarin derivatives with the active site of the recombinant GSTpi enzyme were calculated.
Acording to our data, coumarin derivatives with high GSTPi inhibition activities are considered to be of potential importance in the development of new adjuvants for overcoming multidrug resistance, one of the most important causes of failure in cancer treatment.