Dockıng tabanlı ters sanal tarama ve moleküler dinamik simülasyon ile karvakrol'un potansiyel anti-diyabetik özelliğinin insan hedef proteinlerine etkisinin araştırılması
Investigation of the efficacy of the potential antidiabetic properties of carvacrol on human target proteins by docking-based inverse virtual screening and molecular dynamic simulation
Yazar: NAİL BEŞLİ
Danışman: PROF. DR. ÜLKAN KILIÇ
Sağlık Bilimleri Üniversitesi / Hamidiye Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı / Tıbbi Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Tıbbi Biyoloji = Medical Biology

Özet:
Amaç: Bu doktora tez çalışmasının amacı, kekik ve kekik benzeri bitkiler tarafından üretilen karvakrol (KV)' un bir dizi yeni insan protein hedefine karşı biyoinformatik analizi sonucu in vitro ortamda anti-diyabetik özelliğinin araştırılmasıdır.
Gereç ve Yöntem: Bu çalışmada ters sanal tarama (inverse virtual screening) metodu ile elde edilen sonuçların biyoinformatik yolak analizi sonrası moleküler dinamik simülasyonla (MD) KV'nin hedef proteinlerle moleküler modellemesi yapılmıştır. Daha sonra bu sonuçların konfirmasyonu, 3T3-L1 hücre soyu hücrelerinin hiperglisemik hücre kültürü ortamında western blot ve immünfloresan yöntemleriyle yapılmıştır.
Bulgular: Bağlanma enerjisine göre KV yerleştirme simülasyonlarının en iyi pozları -7,9 ila -3,5 (kcal/mol) aralığındadır. Protein listesinin GeneMANIA, WebGestalt ve Panther aracılığıyla yolak analizi sonrasında KV ile etkileşime giren yedi protein (DPP4, FBP1, GCK, HSD11B1, INSR, PYGL, PPARA ve PPARG) belirlenmiş ve bu proteinler KV ile MD simülasyon sürecinde kararlı yapılar sergilemiştir. In vitro uygulamada, sadece KV veya MET ile birlikte deney grubları kontrol grubuna göre istatistiksel olarak anlamlı sonuçlara ulaşılmıştır. Tüm bu bulgular göz önüne alındığında, KV'nin bu hedef proteinlerden PPARG ve INSR diyabet tedavisi için FDA onaylı hedeflerdir. Bu da bize KV'nin DM tedavisi için umut verici bir terapötik bileşik olma ihtimalini düşündürmektedir.
Sonuç: Sonuçlarımız, KV'nin in silico sonuçlarının in vitro uygulama ile validasyonunun DM için yürütülecek olan çalışmalara destek verecek potansiyeline sahiptir.

Abstract:
Aim: The aim of this doctoral thesis is to investigate the anti-diabetic properties of carvacrol (CAR), produced by thyme and thyme-like plants, against a series of new human protein targets in vitro, as a result of bioinformatics analysis.
Materials and Methods: After the bioinformatics pathway analysis of the calculation results we obtained using the inverse virtual screening method, molecular modeling of CAR to target proteins was carried out with molecular dynamics simulation. Then, the target proteins were verified through western blot and immunofluorescence assays in a diabetes model utilizing 3T3-L1 grown in hyperglycemic cell culture medium.
Results: The best poses of CAR docking simulations with respect to binding energy were in the range of -7.9 to -3.5 (kcal/mol). After pathway analysis of the protein list through GeneMANIA, WebGestalt, and panther, seven CAR-interacting proteins (DPP4, FBP1, GCK, HSD11B1, INSR, PYGL, PPARA, and PPARG) were identified and these proteins exhibited stable structures during the MD process with KV. In in vitro application, we achieved statistically significant results only in combined doses with CAR or MET. Considering all these findings, PPARG and INSR, among these target proteins of CAR, are FDA-approved targets for the treatment of diabetes. Therefore, CAR may be a promising therapeutic compound for the treatment of DM. 
Conclusion: Our results have the potential to support studies to be carried out for DM by validating the in silico results of CAR with in vitro application.

Key Words: Carvacrol, Diabetes, Inverse Virtual Screening, In vitro, Molecular Dynamics Simulation,