Tümör ilişkili karbonik anhidraz CAIX, CAXII izoformları ve kolinesterazlar üzerine seçici inhibisyon etkisi gösteren bor modifiye sülfonamitlerin sentezi, karakterizasyonu ve sitotoksik özellikleri
Synthesis, characterization and cytotoxic properties of boron-modified sulfonamides showing selective inhibitory effect on tumor-associated carbonic anhydrase CAIX, CAXII isoforms and cholinesterases
Yazar: DENİZ AKIN ANAKÖK
Danışman: PROF. DR. SERVET ÇETE
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
İnsanlık tarihinde küresel bir sorun olan kanser, düzensiz ve kontrol edilemeyen hücre büyümesi ve metastaz ile karakterize edilen ölümcül ancak bulaşıcı olmayan bir hastalıktır. Son literatür bilgilerine göre hücre membranında bulunan Karbonik anhidraz CAIX ve CAXII izoformlarının, birçok hipoksik kanser türevlerinde aşırı eksprese edilerek miktarının oldukça önemli seviyede arttığı belirlenmiş ve bu alanda yapılan çalışmalar büyük önem kazanmıştır. Bu yüzden kanser hastalıklarının teşhis ve tedavisinde CAIX ve CAXII izoformlarının seçici inhibisyonu, enzim inhibisyonuna dayalı yeni ilaç tasarımınında hayati derecede önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında literatürde olmayan yeni 16 adet bor içeren B-sübstitüe sekonder yapılı sülfonamit bileşiği sentezlenmiştir. Sentezlenen bileşiklerin kimyasal yapıları FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR, LC-MS gibi birçok farklı teknikle karakterize edilerek aydınlatılmıştır. Bor modifiye bileşiklerin membran CAIX, CAXII; sitozolik CAI, CAII ve mitokondriyal CAVA üzerine inhibisyon etkileri belirlenmiştir. Ardından antikolinesteraz aktiviteleri incelenmiştir. Elde edilen IC50, Ki ve Vmaks değerleri kullanılarak inhibisyon türü ve mekanizmaları aydınlatılmıştır. Bileşiklerin Karbonik anhidraz ve kolinesteraz aktiviteleri sırasıyla Asetozolamid (AAZ) ve Donepezil ile karşılaştırılmıştır. Moleküler doking çalışmaları ile bileşiklerin kolinesteraz aktivite bağlanma pozları elde edilerek bağlanma enerjileri ve inhibisyon sabitleri hesaplanmıştır. Sonrasında bileşiklerin Caco-2 insan kolon karsinoma, MCF-7 insan meme karsinoma ve SH-SY5Y insan nöroblastoma gibi farklı tip kanser dizin hücre hatlarında sitotoksisite analizleri gerçekleştirilmiştir. Bor modifiye bileşikler, CAIX ve CAXII üzerine seçici olarak etkili inhibisyon ve bu inhibisyonu destekleyen etkin sitotoksisite göstermiştir. Antikanser etkisi gösteren bu bileşiklerin, aynı zamanda kolinesteraz inhibisyonu üzerine güçlü IC50 değerlerine sahip olması, nörodejeneratif hastalıklarda da ilaç etken maddesi olarak kullanılma potansiyelini ortaya çıkarmıştır.

Abstract:
Cancer, a global problem in human history, is a fatal but non-contagious disease characterized by irregular and uncontrolled cell growth and metastasis. According to recent literature, it has been determined that the CAIX and CAXII isoforms of carbonic anhydrase found in the cell membrane are overexpressed in many hypoxic cancer types and their amounts increase significantly, and studies in this area have great importance. Therefore, selective inhibition of CAIX and CAXII isoforms in the diagnosis and treatment of cancer diseases is of vital importance in designing new drugs based on enzyme inhibition. In this thesis study, 16 new boron-containing B-substituted secondary sulfonamide compounds that are not available in the literature were synthesized. The chemical structures of the synthesized compounds were characterized and elucidated by many different techniques such as FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR, LC-MS. The inhibitory effects of boron-modified compounds on membrane CAIX, CAXII; cytosolic CAI, CAII and mitochondrial CAVA were determined. Then, anticholinesterase activities were investigated. The type and mechanisms of inhibition were elucidated using the obtained IC50, Ki and Vmax values. Carbonic anhydrase and cholinesterase activities of the compounds were compared with Acetazolamide (AAZ) and Donepezil, respectively. By molecular docking studies, cholinesterase activity binding poses of the compounds were obtained and binding energies and inhibition constants were calculated. Then, cytotoxicity analyses of the compounds were performed on different types of cancer cell lines such as Caco-2 human colon carcinoma, MCF-7 human breast carcinoma and SH-SY5Y human neuroblastoma. Boron modified compounds showed selective strong inhibition on CAIX and CAXII and effective cytotoxicity supporting this inhibition. The fact that these compounds, which showed anticancer effects, also had strong IC50 values on cholinesterase inhibition revealed their potential to be used as drug in neurodegenerative diseases.