Potansiyel kolinesteraz enzim inhibitörü bir grup piridinyum bileşiklerinin sentez ve biyoaktivite çalışması
Synthesis and bioactivity study of potential cholinesterase enzyme inhibitor a group of pyridinium compounds
Yazar: HAYATİ OKUR
Danışman: PROF. DR. VİLDAN ALPTÜZÜN
Ege Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı / Farmasötik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Alzheimer hastalığı = Alzheimer disease ; Asetilkolinesteraz = Acetylcholinesterase ; Butirilkolinesteraz = Butyrylcholinesterase ; Glokom = Glaucoma ; Myasthenia gravis = Myasthenia gravis

Özet:
Asetilkolin kolinerjik nöronlardan salınan bir nörotransmiterdir. Kolinerjik sinirlerde sentezlenen asetilkolin sinir hücrelerinin aksonal uçlarındaki veziküller içinde depolanır, kolinerjik liflerin ucundan salınarak potansiyel iletimi sağlar. Sinaptik aralığa salınan asetilkolin, kolinesteraz enzimleri tarafından hızlı bir şekilde kolin ve asetata hidroliz edilir. Oluşan serbest kolinin önemli bir kısmı asetilkolin sentezinde tekrar kullanılmak üzere kolinerjik sinir uçlarına geri alınır.
Alzheimer gibi bazı demans hastalıkları, deliryum, myastenia gravis ve glokomda asetilkolin eksikliğinin görüldüğü ve AChE enziminin aktivitesinin buna katkı sağladığı bilinmektedir. Sözkonusu hastalıklarda asetilkolin düzeyini artırmak amacıyla AChE inhibitörleri kullanılmaktadır. Alzheimer tedavisi için FDA tarafından onaylanan santral etkili AChE inhibitörleri takrin, donepezil, galantamin ve rivastigmindir. Takrin hepatotoksisitesi nedeniyle günümüzde tedavide kullanılmamaktadır. Fizostigmin, neostigmin ve piridostigmin'in lipofilitesinin düşük olması nedeniyle, glokom ve myastenia gravis hastalıklarının tedavisinde tercih edilmektedir. Günümüzde nüfusun artışına paralel olarak hasta sayısının artacağı beklentisi ve mevcut ilaçların sınırlı sayıda olması nedeniyle etkili AChE inhibitörü ilaçlara ihtiyaç duyulmaktadır. BChE enzimi AChE enziminin kompase ettiğinden dolayı hem AChE hemde BChE enziminin inhibe edilmesi son zamanlarda ilaç geliştirme çalışmalarında hedeflenen stratejilerdendir.
AChE üzerine yapılan çalışmalara göre, enzim çukurunun gerek giriş gerekse aktif yöresindeki aromatik amino asitlerle, bileşiklerdeki aromatik ve/veya heteroaromatik yapıların etkileştiği görülmektedir. Donepezil-AChE kompleksinin X-ray analizinde, donepezildeki indanon çekirdeğinin PAS yöresindeki Trp279 amino asidiyle; donepezilin benzil parçasının da, enzim çukurundaki Trp84 amino asit artığı ile - etkileşimine girdiği rapor edilmiştir. Diğer taraftan katerner amonyum türevleri üzerinde yapılan çalışmalarda, artı yüklü merkezin enzimin aktif cebindeki aminoasitlerle katyon-π etkileşim gösterdiği ya da iyonik bağ yaptığı görülmektedir. Ayrıca yapılan çalışmalarda, enzim girişindeki PAS'ta bulunan Tyr70 ve Trp279 amino asitlerin, katerner moleküllerin aktif yöreye doğru yönlenmesinde rol aldığı ileri sürülmektedir. Dolayısıyla katerner grupların enzimle etkileşimde rolünün olduğu anlaşılmaktadır. Çalışmamızda bu bilgilerden yola çıkarak, donepezil molekülündeki indanon parçası ile piridin halkası metiliden köprüsüyle birleştirip ve piridin azotuna farklı gruplar sübstitüe ederek katerner türevler elde edilmiştir. Potansiyel AChE/BChE inhibitörü N-sübstitüepiridinyum-indanon/indandion türevi 27 adet bileşik sentezlenmiş, saflaştırılmış ve yapıları spektroskopik yöntemlerle aydınlatılmıştır. 27 adet final bileşiğinden 26 tanesi literatürde kayıtlı olmayıp ilk kez bu çalışmada rapor edilmiştir.
Tasarlanan bileşiklerin sentezi 2 basamakta gerçekleştirilmiştir. Birinci basamakta piridinkarbaldehitin indanon/indandionla kondensasyonu sonucunda piridinmetilenindanon/piridinmetilenindandion ara ürünleri elde edilmiştir. Daha sonra bu ara ürünlerin çeşitli alkilhalojenürle katernizasyonu sonucu piridinyum türevi final bileşiklerine ulaşılmıştır.
Bileşiklerin AChE ve BChE inhibitör etkileri in vitro Ellman metoduna göre yapılmış ve biyoaktivite sonuçları, yapı-etki ilişkileri çerçevesinde değerlendirilmiştir. Final bileşiklerin tamamı AChE'ye karşı yüksek inhibitör aktivite sergilerken BChE üzerinde ise değişen oranlarda inhibisyon göstermiştir. Genel olarak bileşiklerin AChE inhibitör aktivitesinin BChE inhibitör aktivitesine kıyasla daha yüksek olduğu görülmektedir.

Abstract:
Acetylcholine is a neurotransmitter released from cholinergic neurons. Acetylcholine synthesized in the cholinergic nerves is stored in the vesicles at the axonal ends of the nerve cells; it is released from the ends of the cholinergic fibers and provides potential transmission. Acetylcholine released into the synaptic cleft is rapidly hydrolyzed to choline and acetate by cholinesterase enzymes. A significant part of the free choline formed is taken back to the cholinergic nerve endings to be reused in the synthesis of acetylcholine.
 It is known that acetylcholine deficiency is seen in some dementia diseases such as Alzheimer's, delirium, myasthenia gravis and glaucoma, and the activity of the AChE enzyme contributes to this. AChE inhibitors are used to increase the acetylcholine level in these diseases. Centrally acting AChE inhibitors approved by the FDA for the treatment of Alzheimer's are tacrine, donepezil, galantamine and rivastigmine. Tacrine is not currently used in treatment because of its hepatotoxicity. Due to the low lipophilicity of physostigmine, neostigmine and pyridostigmine, it is preferred in the treatment of glaucoma and myasthenia gravis. Today, effective AChE inhibitor drugs are needed due to the expectation that the number of patients will increase in parallel with the increase in the population and the limited number of available drugs. Inhibition of both AChE and BChE enzymes is one of the targeted strategies in drug development studies recently, since the BChE enzyme is compensated by the AChE enzyme. 
According to studies on AChE, it is seen that aromatic and/or heteroaromatic structures in compounds interact with aromatic amino acids both at the entrance and at the active site of the enzyme hole. In the X-ray analysis of the donepezil-AChE complex, with the amino acid Trp279 in the PAS region of the indanone core in donepezil; It has been reported that the benzyl moiety of donepezil also interacts with the Trp84 amino acid residue in the enzyme well, π-π. On the other hand, in studies on quaternary ammonium derivatives, it is seen that the positively charged center interacts with amino acids in the active pocket of the enzyme, cation-π or forms ionic bonds. In addition, studies have suggested that Tyr70 and Trp279 amino acids in PAS at the enzyme entrance play a role in the orientation of quaternary molecules towards the active site. Therefore, it is understood that quaternary groups have a role in the interaction with the enzyme. In our study, based on this information, quaternary derivatives were obtained by combining the indanone part of the donepezil molecule with the pyridine ring with the methylidene bridge and substituting different groups on the pyridine nitrogen. Potential AChE/BChE inhibitor N-substitutedpyridinium-indanone/indandione derivative 27 compounds were synthesized, purified and their structures were elucidated by spectroscopic methods. Of the 27 final compounds, 26 were not registered in the literature and were reported for the first time in this study.
The synthesis of the designed compounds was carried out in two steps. As a result of condensation of pyridinecarbaldehyde with indanone/indandione in the first step, pyridinemethylenenindanone/pyridinemethylenenindandione intermediates were obtained. Later, pyridinium derivative final compounds were reached as a result of quaternization of these intermediates with various alkylhalides.
The AChE and BChE inhibitory effects of the compounds were performed according to the in vitro Ellman method and the bioactivity results were evaluated within the framework of structure-effect relationships. All the final compounds showed high inhibitory activity against AChE, but varying degrees of inhibition on BChE. In general, the AChE inhibitory activity of the compounds appears to be higher than the BChE inhibitory activity.