Nitroredüktazların biyoteknolojik uygulamaları
Biotechnological application of nitroreductases
Yazar: GÜLDEN YETİŞ
Danışman: PROF. DR. AZİZ TANRISEVEN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
Nitroredüktazlar nitro grubu taşıyan birçok bileşiğin indirgenmesi reaksiyonunu katalizleyen flavo enzimlerdir. Bu enzim ailesinin kanser terapileri ve biyodegredasyon olmak üzere birden fazla kullanım alanı vardır.
Bu tez çalışmasında iki farklı nitroredüktaz (Ssap-NtrB ve GkNtrA) kullanılarak çeşitli biyoteknolojik uygulamalar çalışıldı. Özellikle bu enzimlerin kanser terapilerinde kullanılma potansiyellerine yönelik E. coli NfsB/CB1954 kombinasyonuna alternatif olabilecek yeni ve daha etkili kombinasyon oluşturulması amaçlandı. İlk bölümde GkNtrA'nın biyokimyasal karakterizasyonuna yönelik çalışmalar yapıldı. Elde edilen bulgular bu enzimin E. coli NfsB'den daha kararlı ve CB1954'e karşı daha yüksek aktiviteye sahip olduğunu gösterdi. Bu sonuçlar GkNtrA'nın kanser terapisinde kullanılma potansiyelinin yüksek olduğunu desteklemektedir. İkinci bölümde kanser terapilerinde kullanılma potansiyeli olabileceği düşünülen bilinen veya yeni toplam 51 ilaç-öncü adayının Ssap-NtrB ve GkNtrA kullanılarak aktivasyon taramaları HPLC analizleri ile gerçekleştirildi. Her iki enzim ile de bu bileşiklerin neredeyse tamamına yakınının indirgendiği ve LC-MS/MS analizi sonuçlarına göre hidroksilamin ve/veya amin türevi metabolitlerin oluştuğu görüldü. Kanser ve sağlıklı hücre hatlarıyla gerçekleştirilen sitotoksisite çalışmaları sonucunda 10 bileşiğin kanser terapileri için kullanılma potansiyeli olabileceği düşünülmektedir. Tezin son bölümünde ise S. saprophyticus üropatojen bakterilerisine karşı kullanılan bir antibiyotik (SMX) üzerine çalışmalar yapıldı. Sıvı kültür deneylerinde SMX'in pro-antibiyotik formunun (NO2-SMX) SMX'ten daha iyi inhibisyon etki gösterdiği görüldü. Ayrıca disk difüzyon deneylerinde pro-antibiyotik formun bu patojen bakteriye ait enzim (Ssap-NtrB) kullanılarak indirgenmesi sonucu elde edilen metabolitlerin neredeyse SMX kadar S. saprophyticus üzerine etkili olduğu görüldü. Bu çalışma NO2-SMX ve enzimatik indirgenme ürünlerinin mevcut antibiyotikten daha iyi bulunmasına yol açabilecek bilgiler sağlanmaktadır.

Abstract:
Nitroreductases are flavoenzymes that catalyze the reduction of many compounds carrying nitro groups. These enzymes have several applications including their usage in cancer therapy and biodegredation. 
In the present work, several biotechnological applications were studied using two different nitroreductases (Ssap-NtrB and GkNtrA). To get a new and more effective NTR/prodrug combination which may be an alternative to the E. coli NfsB/CB1954 for cancer therapy. In the first chapter, biochemical characterization of GkNtrA was carried out. It was found that this enzyme was more stable and had higher catalytic activity with CB1954 than E. coli NfsB. These results indicated that GkNtrA might be used in cancer therapy. In the second chapter, known or new prodrug candidates (51 compounds) which could be useful in cancer therapies, have been screened for activation using Ssap-NtrB and GkNtrA through HPLC and LC-MS/MS analysis. Nearly all of these potential prodrugs were reduced by both of the enzymes, resulting in hydroxylamine and/or amine derivative metabolites. Cytotoxicity studies using non-cancer and cancer cell lines showed that 10 compounds have potantials to be used in cancer therapy. In the last chapter, studies on the usage of antibiotic, SMX used against S. saprophyticus uropathogenic bacteria, were carried out. It was found that the pro-antibiotic form of SMX (NO2-SMX) was much more effective than SMX itself against S. saprophyticus in liquid medium. It was also found that the metabolites of NO2-SMX obtained using Ssap-NtrB were as much effective as SMX in disk diffusion assays. The present study provides information which could lead to finding antibiotics better than the commercial ones.