Antitrombosit ilaç hedefleri için bazı fitokimyasalların in silico taraması
In silico screening of some phytochemicals for antiplatelet drug targets
Yazar: SHABNAM POURHANAFI AHGANEH
Danışman: PROF. DR. VİLDAN GÜRSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Kardiyovasküler hastalıklar (CVDs), dünya çapındaki ölümlerin ve hastalıkların en önemlilerinden biridir.  Her yıl ortalama 17,9 milyon insan bu hastalıklar yüzünden hayatını kaybetmektedir. Bu rakamın 2030'a kadar 23,6 milyondan fazla olacağı tahmin edilmektedir. CVDs tedavisi ve önlenmesi için uzun süredir kullanılan birçok antitrombosit ilaç bulunmaktadır. Ancak bu ilaçlarda terapötik direnç, gastrointestinal kanama ve mide ülserleri gibi ciddi yan etkileri vardır. Bu nedenle daha güvenli ve daha etkili antitrombosit ilaç araştırmaları devam etmektedir.
Literatürde, geleneksel tıpta CVDs tedavisinde kullanıldığı bilinen sedef otu (Ruta graveolens), sarı kantaron (Hypericum Perforatum), manolya (Magnolia Obovata) , vb. bitkilerden ve doğal ürünlerden türetilmiş 50 fitokimyasalın (diktamin, rutin, magnolol, vs ) insan ve hayvan deneylerinin olmasına rağmen, trombosit reseptörlerine bağlanma enerjileri ve özelliklerini içeren teorik bir çalışma bulunmamaktadır.
Bu tez kapsamında bu fitokimyasalların trombosit işlevi üzerindeki engelleyici potansiyeli ve antitrombosit özellikleri moleküler modelleme yöntemleri kullanılarak 5 antitrombosit hedef için (COX-1, P2Y12, GP-VI, PDE-3, ve PAR-1) incelenecek ve etkileşim modları açıklanacak ve hesapsal biyolojik aktivite değerleri hesaplanarak, potansiyel ilaç adayı olma özellikleri konusunda bir değerlendirme yapılacaktır. 
Çalışmamızın ilk aşamasında, Autodock Vina yönteminin doğruluğu kanıtlanmak için trombositlere ait üç-boyutlu yapı koordinatlarını içeren 3N8X, 4NTJ, 1SO2, 2GI7 ve 3VW7 kodlu yapılar kullanılarak validasyon çalışması yapılmıştır. Yapılan validasyon çalışmasında tüm RMSD değeri 2 Å altında bulunup,  Auto Dock Vina programının uygunluğu belirlemiştir.
Daha sonra, antitrombosit özelliği bilinen ve CVDs tedavisinde kullanılan 14 bitkinin içerdiği 50 fitokimyasalın bilinen beş önemli antitrombosit hedefin aktif bölgesi ile nasıl etkileştiklerine Autodock Vina programı ile bakılmıştır ve her hedefe karşı en düşük enerjiye sahip en iyi kenetlenmiş bileşik seçilip ayrıntılı olarak analiz edilmiştir.
Üçüncü aşamada her hedefe karşı en iyi bağlanma enerjisine sahip bileşikler (COX-1'e karşı graveolinin, P2Y12 ve PDE-3'e karşı sanguinarin, kolajen'e karşı rutin ve PAR-1'e karşı bisdemetoksikurkumin) moleküler dinamik simülasyon çalışmalarına tabii tutulmuştur.
Dördüncü aşamada simüle edilen ligandlar ve proteinler arasındaki bağlanma stabilitesi moleküler mekanikler Poisson–Boltzmann yüzey alanı (MM-PBSA) bağlanma analizi ile doğrulanmıştır. MM-PBSA analiz sonuçları, kenetlenmiş tüm komplekslerde bağlanmanın ana katkı maddelerinin van der Waals etkileşimleri olduğunu göstermiştir. Polar solvasyon enerjisi, pozitif değeri nedeniyle bağlanma enerjisine katkıda bulunmazken, bileşenlerin geri kalanı yani van der Waals enerjisi, polar olmayan solvasyon enerjisi ve elektrostatik etkileşim enerjisi negatif değerleri ile etkileşim enerjisine ve sistemin kararlılığına önemli katkı sağlamışlardır. Bağlanma enerjisi ayrışma analizi, her kompleks için kalıntı katkısı başına ortaya çıkmıştır.
Çalışmanın son aşamasında bileşiklerin etkililiği ve biyoyararlanımı kontrol edilmiştir. Ligandların ilaç benzerliği, absorpsiyon, dağılım, metabolizma, atılım ve toksisite (ADMET) özelliklerini değerlendirmek için swissADME ve ADMETlab sunucuları kullanılmıştır
Bu çalışmadan elde edilen veriler yeni antitrombosit ilaç tasarım çalışmalarına katkıda bulunacaktır.

Abstract:
Cardiovascular diseases (CVDs) are the leading cause of death globally, with an estimated 17.9 million deaths each year, a number that is predicted to increase more than 23.6 million by 2030.There are many antiplatelet drugs which are being used for a long time to treat and prevent of CVDs. All of these drugs are accompanied by a diversity of adverse effects such as drug resistance, high bleeding risk and gastrointestinal toxicity. Thus researchers are seek for new antiplatelet agents with fewer or no side effects and better efficacy.
Ruta graveolens, Hypericum Perforatum, Magnolia Obovata, etc., which are known to be used in the treatment of CVDs in traditional medicine. Although there are human and animal experiments of some phytochemicals (dictamin, rutin, magnolol, etc.) of these plants, there is no theoretical study including their binding energies and properties to platelet receptors.
In this thesis, the inhibitory potential and antiplatelet properties of these phytochemicals on platelet function will be examined against 5 antiplatelet targets (COX-1, P2Y12, GP-VI, PDE-3, and PAR-1) using molecular modeling methods. Their interaction modes will be explained, and an evaluation will be made about potential drug candidates by calculating computational biological activity values. 
Firstly to confirm the accuracy of docking simulation process, a redocking approach was performed using the coded structures 3N8X, 4NTJ, 1SO2, and 3VW7.  All RMSD values were less than 2 Å and this confirmed the reliability of molecular docking parameters and algorithms.
In the second part Compounds were docked to each of five antiplatelet targets, to calculate their binding affinity. 
In the third step, Top five compounds with good binding energies viz., graveolinine against cox-1, sanguinarine against P2Y12 and PDE3, rutin against collagen and bisdemethoxycurcumin  against PAR-1 were considered for molecular dynamic simulations. The simulated complexes confirmed the binding stability between the ligands and the proteins.
In the fourth step, Binding stability between simulated ligands and proteins was confirmed by molecular mechanics Poisson–Boltzmann surface area (MM-PBSA) binding analysis. The MM-PBSA analysis results indicated that in all docked complexs the major contributors of binding were van der Waals interactions. The polar solvation energy did not contribute to their binding energy due to its positive value, while the rest of the components viz van der Waals energy, non-polar solvation energy, and electrostatic interaction energy with negative value made a significant contribution in interaction energy and stability of system. The binding energy decomposition analysis revealed per residue contribution for each complex. 
In the last part of the study, In order to check the efficacy and bioavailability of compounds, swissADME and ADMETlab servers were used to evaluate the drug-likeness, absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity (ADMET) properties of them. 
As a result, The data obtained from this study will contribute to new antiplatelet drug design studies.