Yapı-temelli ilaç tasarım yöntemleriyle glutatyon S-transferaz P1 spesifik özgün inhibitörlerin geliştirilmesi ve kinetik çalışmaları
Development of novel glutathione S-transferase specific inhibitors BY structure-based drug design methods and kinetic analysis
Yazar: DENİZ CEYHAN
Danışman: PROF. DR. YASEMİN AKSOY ; PROF. DR. BURAK ERMAN
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Docking = Docking ; Gen ifadesi = Gene expression ; Glütatyon transferaz = Glutathione transferase ; İlaç biçimleri = Dosage forms ; İlaç formülleri = Formularies ; İlaçlar = Drugs ; İlaçlar-araştırma safhasında = Drugs-investigational ; İlaçlara direnç = Drug resistance

Özet:
Ceyhan, D. Yapı-Temelli İlaç Tasarım Yöntemleriyle Glutatyon S-Transferaz P1 Spesifik Özgün İnhibitörlerin Geliştirilmesi ve Kinetik Çalışmaları. Hacettepe Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü Biyokimya Programı Doktora Tezi, Ankara, 2015. Kemoterapi uygulamaları sırasında karşılaşılan en önemli problemlerden birisi kanser hücrelerinde "Çoklu İlaç Direnci (Multiple Drug Resistance, MDR)" olarak tanımlanan olgunun ortaya çıkmasıdır. Insan glutatyon S-transferaz P1 (GSTP1), MDR gelişimindeki mekanizmalarda yer alan önemli hedef proteinlerdir. GSTP1'in gen ekspresyonu, protein miktarı ve enzimatik aktivitesindeki artış, solid tümörlerin pek çoğunda ilaç direnci ve malign fenotiple ilişkilidir. GSTP1, hem çeşitli zararlı bileşiklerin ve pek çok antikanser ilacın detoksifikasyonuyla, hem de mitojenle aktifleşen protein kinaz (MAPK) kaskadı üzerindeki düzenleyici fonksiyonuyla tümör hücrelerini apoptozdan korur. Bu çalışmada bilgisayar- destekli/yardımlı sanal docking taraması ve yapı-temelli de novo moleküler tasarım yöntemlerinden yararlanarak GSTP1 spesifik yeni öncül inhibitörlerin veya temel moleküler scaffold yapıların geliştirilmesi hedeflendi. Bu amaçla, FDA onaylı ve ilaç-benzeri bileşiklerin GSTP1 için sanal docking taraması, AutoDock 4.2 ve Vina yazılımları ile gerçekleştirildi. Yeni scaffoldların tanımlanmasına aracılık eden, umut vadeden bileşiklerden bazıları docking hesaplamaları ve in vitro testlerle analiz edildi. Bunun sonucunda, GSTP1 için IC50 değeri 25 μM'dan küçük olan, iki tanesi daha önce rapor edilmiş, 6 adet hit inhibitör bileşik belirlendi. Ayrıca, tetrahidrokarbazol grubu içeren test bileşikleri temelinde GSTP1'e afinitesi yüksek olan bir öncül bileşik, de novo modifikasyonla geliştirildi. Tetrahidrokarbazol ve triazoltiyon grupları içeren bu öncül bileşiğin IC50 değeri 1,07 μM bulundu. GSH ve CDNB substratlarının her ikisiyle de kompetetif tipte inhibisyon gözlendi. Lineweaver–Burk grafiğinden inhibitör sabitleri (KiCDNB ve KiGSH), sırasıyla 1,70 μM ve 1,74 μM olarak hesaplandı. Bunun yanında, de novo tasarım protokolleri ile daha fazla optimize edilmiş öncül bileşik temelinde, yüksek bağlanma afinitesi olan ve yüksek verimle sentezlenebilen yeni GSTP1-spesifik teorik ligandlar komputasyonel olarak geliştirildi. Komputasyonel ve deneysel olarak elde edilen bu sonuçların, daha seçici ve daha güçlü GSTP1 inhibitörlerinin tasarımına değerli veriler sağlayacağı umulmaktadır. 
Anahtar Kelimeler: GSTP1, docking, sanal tarama, de novo tasarım, CADD. 
Destekleyen Kurum: Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi (Proje No: 014 D04 101 005 537).

Abstract:
Ceyhan, D. Development of Novel Glutathione S-Transferase Specific Inhibitors by Structure-Based Drug Design Methods and Kinetic Analysis. Hacettepe University Institute of Health Sciences, PhD Thesis in Biochemistry, Ankara, 2015. One of the most important problems encountered during anticancer chemotherapy is the emergence of the phenomenon known as multidrug resistance (MDR). Human glutathione S-transferase P1 (GSTP1) is one of the most important target proteins involved in the development of MDR. Increased gene expression, protein level and enzymatic activity of GSTP1 have been linked to drug resistance and the malignant phenotype of many solid tumors. GSTP1 protects tumor cells from apoptosis via direct detoxification of the various harmful compounds and many anticancer drug as well as acting as a regulator of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway. This study aimed to develop GSTP1-specific lead compound(s) and basic molecular scaffold structures using the methodologies of computer-aided/assisted virtual docking screening and structure-based de novo molecular design. For this purpose, virtual docking screening of the FDA-approved and drug-like compounds for GSTP1 was performed by AutoDock 4.2 and Vina software. Some of the promising compounds, leading the identification of new scaffolds were analyzed by docking calculations and in vitro tests. As a result, six hit compounds with lower than IC50 values of 25 microM were identified as inhibitors of GSTP1 which two of them has already been reported previously. Furthermore, based on the set of test compounds containing a tetrahydrocarbazole group, a lead compound with high affinity to GSTP1 was developed by de novo modification. IC50 value of the lead compound that contains a tetrahydrocarbazole and a triazolethione groups was found as 1,07 μM. Competitive type of inhibition was observed with both substrates, GSH and CDNB. The inhibitory constant (KiCDNB and KiGSH) values obtained from Lineweaver–Burk plot were calculated as 1,70 μM and 1,74 μM, respectively. Additionally, novel GSTP1-specific theoretical ligands with high binding affinity that can be synthesized more efficiently was identified computationally based on the lead compound further optimized by de novo design protocols. These results obtained computationally and experimentally are expected to provide valuable data for the design of more selective and more potent GSTP1 inhibitors.
Keywords: GSTP1, docking, virtual screening, de novo design, CADD. 
Supported by Hacettepe University Scientific Research Projects Coordination Unit (Project No: 014 D04 101 005 537).