Mikrozomal prostaglandin E sentaz-1 (mPGES-1) inhibitörlerinin yapı tabanlı sanal tarama ile tespiti ve in vitro olarak incelenmesi
Detection of microsomal prostaglandin E syntase-1 (mPGES-1) inhibitors by structural based virtual screening and investigation as in vitro
Yazar: ZEYNEP YAĞMUR BABAOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYANUR KILIÇ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Amaç: Mikrozomal prostaglandin E sentaz-1 (mPGES-1), pro-inflamatuar uyaranlara maruz kaldıktan sonra indüklenebilir bir prostaglandin E sentazıdır. mPGES-1 enzim akut ve kronik inflamatuar bozuklukların ve kanserin terapötik tedavisi için yeni bir hedefi temsil etmektedir. Yeni nesil anti-inflamatuar ilaçları geliştirmeyi amaçlayan ilaç tasarımı ve keşfi amacıyla, yeni iskeletlere sahip mPGES-1 inhibitörleri belirlenmelidir. Bu inhibitörleri belirlemek için ZINC15 databazındaki indol iskeletine sahip bileşiklerin mPGES-1 bağlanma bölgesine Glide doking algoritmaları kullanılarak yerleştirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca oluşan bu komplekslerin stabilitesi, moleküler simülasyon çalışmaları sonucunda belirlenerek hedef bileşiklerin mPGES-1 protein üzerine antikanser ve antienflamatuvar etkilerinin in vitro olarak incelenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: ZINC15 databazından indirilen indol iskeleti içeren bileşikler Ligprep kullanılanılarak 2B yapıları 3B'a çevrildi ve farklı konformasyonları elde edildi. mPGES-1 kristal yapısı önce Schrödinger yazılımının bir modülü olan Protein Hazırlama Sihirbazı kullanılarak hazırlandı ve sırasıyla Glide doking algoritmaları (HTVS, SP ve XP) uygulandı. Yüksek verimli sanal tarama (HTVS) sonucunda listelenen bileşiklerin ilk %10'unu tutuldu ve bu bileşikler Standart hassasiyet (SP) ile tarandı ve yine bu bileşiklerin ilk %10'unu tutuldu. Son olarak bu bileşiklerin Glide XP skorları belirlendi, %20'si incelenmeye alındı ve Prime MM-GBSA toplam serbest bağlanma enerjileri hesaplandı. Protein-ligand kompleksleri arasındaki dinamikleri analiz etmek için, Desmond programı aracılığıyla referansın ve en iyi olarak belirlenen iki bileşiğin 100 ns'lik moleküler dinamik simülasyonları gerçekleştirildi. Hedef iki bileşiğin akciğer kanser hücrelerinde antiproliferatif etkileri ve bu hücrelerde oluşan PGE2 seviyelerinin ölçülmesiyle antienflamatuar etkileri belirlendi.
Bulgular: Bu tez çalışmasında sanal tarama ve moleküler dinamik simülasyon yaklaşımlarının kombinasyonu kullanılarak indol iskeletine sahip iki hedef bileşik belirlendi. mPGES-1'in aktif bölgesini hedefleyen iki bileşiğin potansiyel yeni inhibitörler olabileceği in vitro deneyler sonucu bulundu.
Sonuç: Bu çalışma, indol iskeleti içeren hedef bileşiklerin mPGES-1'in yeni inhibitörlerini ve kanser -enflamasyon tedavileri için potansiyel tedavi ajanları olabileceğini göstermiştir. Ayrıca bu hedef bileşikler öncül mPGES-1 inhibitörleri olarak yeni bileşik dizaynları için kullanılabilir. 

Anahtar Kelimeler: mPGES-1, Sanal Tarama, Moleküler Simülasyon, Antikanser, Antienflamatuvar

Abstract:
Purpose: Microsomal prostaglandin E synthase-1 (mPGES-1) is an inducible prostaglandin E synthase after exposure to pro-inflammatory stimuli. The mPGES-1 enzyme represents a new target for the therapeutic treatment of acute and chronic inflammatory disorders and cancer. mPGES-1 inhibitors with new skeletons should be identified for drug design and discovery aiming to develop next generation anti-inflammatory drugs. In order to identify these inhibitors, it was aimed to place the compounds with the indole skeleton in the ZINC15 database into the mPGES-1 binding site using Glide docking algorithms. In addition, the stability of these complexes was determined as a result of molecular simulation studies, and it was aimed to examine the anticancer and anti-inflammatory effects of target compounds on mPGES-1 protein in vitro.
Method: Compounds containing indole skeletons downloaded from ZINC15 database were converted to 3D by using Ligprep and different conformations were obtained. The mPGES-1 crystal structure was first prepared using the Protein Preparation Wizard, a module of the Schrödinger software, and the Glide docking algorithms (HTVS, SP and XP) were applied, respectively. As a result of high-throughput virtual screening (HTVS), the first 10% of the listed compounds were retained, and these compounds were screened by sensitivity (SP) and again the first 10% of these compounds were retained. Finally, the Glide XP scores of these compounds were determined, 20% of them were examined, and the Prime MM-GBSA total free binding energies were calculated. To analyze the dynamics of protein-ligand complexes, 100 ns molecular dynamics simulations of the reference and the two best compounds were performed with the Desmond program. Molecular dynamics simulations were performed. The antiproliferative effects of the two target compounds in lung cancer cells and their anti-inflammatory effects were determined by measuring the PGE2 levels formed in these cells.
Findings: In this thesis, two target compounds with an indole skeleton were identified using a combination of virtual scanning and molecular dynamics simulation approaches. In vitro experiments found that two compounds targeting the active site of mPGES-1 could be potential novel inhibitors.
Results: This study showed that target compounds containing indole skeletons could be potential therapeutic agents for novel inhibitors of mPGES-1 and cancer-inflammation therapies. Moreover, these target compounds can be used as lead mPGES-1 inhibitors for novel compound designs. 

Key Words: mPGES-1, Virtual Screening, Molecular Simulation, Anticancer, Anti-enflammation