Yeni benzazol türevi bileşiklerin tasarımı, sentezi, yapılarının aydınlatılması, antiproliferatif aktivitelerinin araştırılması ve yapı-etki ilişkilerinin belirlenmesi
Design, synthesis, evaluation of structures, investigation of antiproliferative activities, and determination of structure-activity relationships of novel benzazole derivatives
Yazar: BAYAN ZOATIER
Danışman: PROF. DR. ÖZTEKİN ALGÜL
Mersin Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Günümüzde, toplum sağlığını ciddi şekilde etkileyen başlıca hastalıklardan biri kanser olarak kabul edilmektedir. Meme kanseri ise özellikle kadınlarda en sık görülen ve mortalite oranı yüksek olan türdür. Meme kanserinin geleneksel tedavi yöntemleri arasında cerrahi, kemoterapi ve radyoterapi yer almaktadır. Ancak bu tedavi yöntemlerinin geniş çapta kullanımını sınırlayan çeşitli olumsuz etkiler vardır. Bu nedenle, daha seçici ve etkili yeni antikanser ilaçların geliştirilmesine ihtiyaç bulunmaktadır.
Birden fazla farmakofor grubu taşıyan bileşikler hibrit yapılar olarak tanımlanmaktadır. Hibrit ilaçlar, tek farmakofor grup taşıyan ilaçların kullanımına bağlı olarak ortaya çıkan ilaç direnci veya yan etki gibi dezavantajları azaltmayı hedefleyen yapılardır. Benzimidazol, benzoksazol ve benzotiyazol ana yapıları benzazoller olarak adlandırılmakta ve farklı biyolojik aktivitelerinin yanı sıra özellikle antikanser aktiviteleriyle öne çıktıkları görülmektedir. Diğer yandan, benzamit veya fenilasetamit farmakofor grupları, sitotoksik aktiviteleri nedeniyle ilaç tasarımında ilgi çeken yapılar arasında yer almaktadır. 
Benzimidazol-2-karbamat hibrit yapılarından olan nokodazol ve mebendazol gastrointestinal enfeksiyonların tedavisinde uzun yıllardır kullanılan hibrit yapıdaki antihelmintik ilaçlardır. Bu ilaçlar, son yıllarda yapılan çalışmalarda meme kanseri dahil birçok kanser türüne karşı etkili oldukları tespit edilmiştir. Mebendazol'ün, özellikle mitojenle aktive olan protein kinaz (p38α MAPK) sinyal yolağı üzerinde yüksek inhibisyon yeteneğine sahip olduğu belirlenmiştir (IC50= 104 nM). Ancak, bu antihelmintik ilaçların düşük suda çözünürlüğü, kanserle ilgili ileri araştırmaların yapılmasının durmasına neden olmuştur.
p38α MAPK, kanserlerde önemli bir rol oynayarak invaziv meme kanserlerinde yüksek oranda ekspresyon gösterir ve meme karsinomlarının yaklaşık %20'sinde fosforile edilir. Bu nedenle, p38α MAPK, kanser tedavisinde ilgi çekici bir hedef olarak kabul edilmektedir. Bu tez çalışmasının temel amacı, p38α MAPK'yi hedefleyen ve meme kanserinin ilerlemesini engelleyebilecek yeni antiproliferatif etkili bileşikleri geliştirmektir. Özellikle MCF7 meme kanseri hücre hattına karşı potansiyel antikanser aktivite gösteren mebendazol ve diğer antihelmintik benzimidazol-2-karbamat türevi bileşiklerin yapıları temel alınarak yapılan hibrit tasarım stratejisinde, benzazol yapılarının benzamit veya fenilasetamit gibi aromatik yapılarla sübstitüsyonu üzerine odaklanılmıştır. Tasarımda, benzazollerin karbon (-CH2-) ara zincir modifikasyonları kullanılarak esnekliğini arttırmak ve aynı zamanda bileşiklerin mevcut antihelmintik ilaçlardan daha fazla suda çözünür hale getirilmesini sağlamak hedeflenmiştir. Ayrıca yan zincire farklı yapılar eklenerek bileşiklerin logP değerlerinin değiştirilmesi sağlanmıştır. 
Dört farklı bileşik grubunda toplam 87 adet bileşik insan östrojen reseptörü pozitif (ER+) meme kanseri hücre (MCF7) hattı başta olmak üzere insan östrojen reseptörü negatif (ER -) meme kanseri hücre (MDA-MB-231) hattı, kolon kanseri hücre (HT-29)  hattı ve fare fibroblast hücre (L929) hattına karşı antiproliferatif etkileri MTT (3-(4,5-Dimetiltiyazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolyum bromür) yöntemi ile doksorubisin ve sisplatin standart ilaçlarıyla karşılaştırılarak belirlenmiştir. Daha sonra en yüksek aktiviteye sahip olan 40 bileşik seçilerek, p38α MAPK enzim inhibisyonları incelenmiştir. Bileşiklerden BSH119, BSH107, BSH142 ve BSH104, BSH101'nin aktiviteleri dikkat çekici düzeyde bulunmuştur. Tüm bileşiklerin antiproliferatif potansiyelleri ve p38α MAPK üzerindeki etkileri üzerinden yapı-etki ilişkileri ortaya konulmuş ve yeni öncü bileşiklerin geliştirilmesi için önemli bilgilere ulaşılmıştır.

Abstract:
Cancer is considered as one of the major diseases significantly affecting public health today, with breast cancer being the most common and highly fatal type, particularly among women. Traditional treatment methods for breast cancer include surgery, chemotherapy, and radiotherapy. However, these treatment modalities come with various adverse effects that limit their widespread use. Therefore, there is a need to develop more selective and effective novel anticancer drugs.
Compounds that carry multiple pharmacophore groups are defined as hybrid structures. Hybrid drugs are structures designed to mitigate disadvantages such as drug resistance or side effects associated with the use of drugs carrying a single pharmacophore group. The main structures of benzimidazole, benzoxazole, and benzothiazole are referred to as benzazoles, and they are distinguished by various biological activities, particularly standing out with anticancer activities. On the other hand, benzamide or phenylacetamide pharmacophore groups are among the structures of interest in drug design due to their cytotoxic activities.
Nocodazole and mebendazole, hybrid structures of benzimidazole-2-carboxamides, have long been used as anthelmintic drugs for the treatment of gastrointestinal infections. Recent studies have identified their effectiveness against various cancer types, including breast cancer. Mebendazole, in particular, has demonstrated high inhibitory potency on the mitogen-activated protein kinase (p38α MAPK) signaling pathway (IC50 = 104 nM). However, the low water solubility of these anthelmintic drugs has hindered further research on their potential in cancer-related studies.
p38α MAPK plays a significant role in cancer, exhibiting high expression in invasive breast cancers and phosphorylation in approximately 20% of breast carcinomas. Therefore, p38α MAPK is considered an interesting target in cancer treatment. The primary objective of this thesis is to develop new antiproliferative compounds targeting p38α MAPK that can impede the progression of breast cancer. In the hybrid design strategy, particularly focusing on potential anticancer activity against the MCF7 breast cancer cell line, the structures of mebendazole and other antihelminthic benzimidazole-2-carbamate derivative compounds were utilized. The emphasis was placed on the substitution of benzazole structures with aromatic entities such as benzamide or phenylacetamide. The design aims to increase flexibility through carbon (-CH2-) chain modifications of benzazoles and simultaneously enhance water solubility compared to existing anthelmintic drugs. Additionally, the modification of the side chain structures has been introduced to alter the compounds' logP values.
A total of 87 compounds from four different compound groups were evaluated for their antiproliferative effects on human estrogen receptor-positive (ER+) breast cancer cells (MCF7), as well as human estrogen receptor-negative (ER-) breast cancer cells (MDA-MB-231), colon cancer cells (HT-29), and mouse fibroblast cells (L929). Their antiproliferative effects were determined using the MTT (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) method and compared with standard drugs doxorubicin and cisplatin. Subsequently, the compounds with the highest activity (BSH119, BSH107, BSH142, and BSH104, BSH101) were selected, and their inhibitory effects on p38α MAPK enzyme were investigated. The activities of these compounds were found to be remarkably significant. The structure-activity relationships of all compounds in terms of their antiproliferative potentials and effects on p38α MAPK were elucidated, providing crucial insights for the development of novel lead compounds