İlaç yeniden konumlandırma yaklaşımı ile alfa tübülin asetilasyonunu arttırabilecek bileşiklerin araştırılması
Investigation of compounds inducing alpha tubulin acetylation by  drug repurposing approach
Yazar: ÖZGE ÇETİN
Danışman: DOÇ. DR. GAMZE BORA
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Asetilasyon = Acetylation ; Moleküler yapı = Molecular structure ; Moleküler özellikler = Molecular properties ; Nörodejeneratif hastalıklar = Neurodegenerative diseases ; Tübülin = Tubulin ; İlaçlar = Drugs

Özet:
İlaç yeniden konumlandırma, ilaçların orijinal endikasyonları dışındaki yeni endikasyonlarının belirlenmesi yaklaşımı olup, henüz tedavisi bulunmayan nörodejeneratif hastalıklarda etkili olabilecek bileşiklerin araştırılmasında kullanılmaktadır. Nörodejeneratif hastalıklarda ortak olarak aksonal transport hataları saptanmaktadır. Aksonal transporttan sorumlu mikrotübüllerin yapısını oluşturan α-tübülin proteinleri post-translasyonel modifikasyonlar geçirmekte olup nörodejeneratif hastalıklara ait modellerde, α-tübülin asetilasyonundaki azalma ile transport hataları ilişkilendirilmekte, asetilasyon arttırılarak hatalar düzeltilebilmektedir. Tübülin asetilasyonu, HDAC6 enzimi inhibe edilerek arttırılabildiği için HDAC6 potansiyel ilaç hedefi olarak düşünülmektedir. Bu tez çalışmasında, yeniden konumlandırma yaklaşımı kullanılarak klinikte kullanım onayı bulunan bileşikler arasından, HDAC6'yı etkileyerek α-tübülin asetilasyonunu arttırabilecek bir bileşiğin belirlenmesi amaçlanmıştır. Tez çalışmalarına FDA onaylı 7 bileşik ile başlanmış, moleküler kenetleme, kemoinformatik ve karşılaştırmalı yapısal analizleri içeren in silico çalışmalar sonucunda 3 bileşiğin aktivitesi in vitro olarak araştırılmış, rutin ve riboflavin'in HDAC6'yı inhibe edebildiği gösterilmiştir. Bileşiklerin NSC34 hücrelerine uygulanması sonrası gerçekleştirilen Western blot çalışmalarında, riboflavin'in α-tübülin asetilasyonunu arttırmadığı, ancak 24 saat süreyle 100 ve 1000 µM konsantrasyonlarda uygulanan rutin'in α-tübülin asetilasyonunu arttırdığı saptanmıştır. Bu tez çalışmasıyla rutin'in HDAC6'yı inhibe ettiği ve α-tübülin asetilasyonunu arttırabildiği ilk kez gösterilmiştir.

Abstract:
Drug repurposing approach is used to identify new indications of drugs outside the scope of their original indications. This approach has been used to identify effective compounds for neurodegenerative diseases. Axonal transport defects are one of the common molecular findings in neurodegenerative diseases and the transport involves microtubules. α-tubulin, a structural protein of microtubules,  are subjected to several post-translational modifications. In model systems of neurodegenerative diseases, reduced α-tubulin acetylation are associated with impaired axonal transport, which could be restored by increasing α-tubulin acetylation via histone deacetylase 6 (HDAC6) inhibition. Therefore, HDAC6 is considered as a potential drug target. In this thesis, among clinically approved compounds, it was aimed to determine a compound capable of increasing α-tubulin acetylation by affecting HDAC6 using drug repurposing approach. The thesis was initiated with 7 FDA-approved compounds and the activity of 3 compounds was investigated in vitro as a result of in silico studies, involving molecular docking, chemoinformatics and comparative structural analysis. Among them, rutin and riboflavin was found to inhibit HDAC6 activity. Compounds were applied to NSC34 cells and subsequent western blot studies showed no alterations in α-tubulin acetylation in riboflavin-treated cells. However, α-tubulin acetylation was significantly increased in 24 hours rutin-treated cells at 100 and 1000 µM concentrations. In conclusion, it has been shown for the first time that the rutin inhibits the activity of the HDAC6 and increases the acetylation of α-tubulin. Further studies will be valuable to determine the impacts of rutin on axonal transport defects.