Pirazol-benzensülfonamit türevi bileşiklerin tasarımı, sentezi, kimyasal yapılarının aydınlatılması ve biyoaktiviteleri
Design, synthesis, elucidation of chemical structures and bioactivities of pyrazole-benzensulfonamide derivatives
Yazar: CEM YAMALI
Danışman: PROF. DR. HALİSE İNCİ GÜL
Atatürk Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Aminopeptidaz = Aminopeptidases ; Antineoplastik ajanlar = Antineoplastic agents ; Benzen sülfonatlar = Benzenesulfonates ; Biyolojik aktivite = Biological activity ; Karbonik anhidraz = Carbonic anhydrases ; Kimyasal yapı = Chemical structure ; Metiyonin = Methionine ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Pirazoller = Pyrazoles ; Sitotoksisite = Cytotoxicity

Özet:
Amaç: Kanser ölüm sebepleri arasında dünyada ikinci sıradadır. 200'den fazla ilaç kanser tedavisinde kullanılmasına rağmen kansere karşı %100 etkili bir ilaç yoktur. Karbonik anhidraz (CA, EC 4.2.1.1) ve metiyonin aminopeptidaz 2 (MetAP2) enzimleri antikanser ilaç araştırmalarında hedef proteinlerdir. CA enzimi CO2 ve HCO3-'ın geri dönüşümlü reaksiyonunu katalizyen metaloenzimdir. Kanser gibi patolojik süreçlerde de rol oynar. Özellikle hipoksik kanser hücrelerinde CA IX izoenziminin aşırı ekspresyonu enzimin kanserde terapötik hedef protein olmasını sağlamıştır. MetAP2 enzimi proteinin son amino asitinden metiyoninin ayrılmasından sorumludur. MetAP2 enzimi kolon kanseri gibi çeşitli kanserlerde aşırı salgılanmasından dolayı tümör büyümesine neden olduğu için önemlidir. Tümör hücrelerinin büyüme faktörlerinin sinyal iletiminden sorumlu moleküllerin selektif inhibisyonu kanseri tedavi etmek için etkili bir yaklaşım sağlayabilir. Bu çalışmada pirazol, sülfonamit, hidrazon farmakoforlarını taşıyan aday sitotoksinlerin sentezi, sitotoksisite çalışmaları, CA ve MetAP2 inhibisyon çalışmaları, lider bileşiklerin moleküler doking çalışmaları ve yapı-etki ilişkilerinin araştırılması amaçlanmıştır.
Materyal ve Metot: 80 adet final bileşiği konvansiyonel olarak sentezlenmiş ve kimyasal yapıları 1H NMR, 13C NMR ve HRMS teknikleri ile aydınlatılmıştır. Bileşiklerin in vitro sitotoksisite araştırmaları MTT (HSC-2 ve HGF hücreleri) ve SRB (HCT-116 ve CRL-1790 hücreleri) metotları ile gerçekleştirilmiştir. Bileşiklerin hCA I, hCA II, hCA IX ve MetAP2 inhibisyon araştırmaları spektrofotometrik yöntemler ile yapılmıştır. Moleküler doking çalışmaları Discovery Studio 4.0 yazılımı ile gerçekleştirilmiştir.
Bulgular: Düşük CC50 değerlerine sahip pek çok molekül kanser hücre hatlarına karşı seçici sitotoksik bileşikler olarak bulunmuştur. Bazı bileşikler apoptotik hücre ölüm mekanizmasını kısmen indüklemiştir. CA seçicilik oranı ve Ki değerlerine göre pek çok molekül kanser ile ilişkili CA IX izoenzimine karşı dikkat çekmektedir. Seçilen temsilci bileşikler doz bağımlı MetAP2 inhibitörleri olarak bulunmuştur. Bileşiklerin sitotoksisiteleri bazı fizikokimyasal parametreler ile korelasyona sahiptir. Lider bileşiklerin enzim-ligant etkileşimleri doking çalışmaları ile aydınlatılmıştır.
Sonuç: Çok sayıda bileşik bu çalışmanın lider bileşikleri olarak dikkate alınabilir. Bu lider bileşikler ileri antikanser ilaç araştırmalarında ve yeni antikanser bileşiklerin tasarımında kullanılabilirler. Bütün bileşikler Türk Patent Enstitüsü (TR201706371) tarafından patentlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Antikanser, doking, karbonik anhidraz, metiyonin aminopeptidaz, sitotoksisite.

Abstract:
Design, Synthesis, Elucidation of Chemical Structures and Bioactivities of Pyrazole-Benzensulfonamide Derivatives
Aim:	Cancer is the second leading cause of death globally. Even more than 200 drugs have been using for the treatment of cancer nevertheless there is no 100 % effective cancer treatment. CAs and MetAPs are the target proteins for the anticancer drug discovery. CA enzyme is an essential metalloenzyme that catalyzes the reversible reaction between CO2 and HCO3-. It has also an essential role in pathological events such as cancer. Overexpression of CA IX isoenzyme specifically in hypoxic cancer cells makes it a good therapeutic target protein for cancer. MetAP2 is responsible for removing methionine from the terminal amino acid in proteins. MetAP2 enzyme is an important for the growth of a number of tumours because of high expression of MetAP2 in various cancers such as colon cancer. Selective inhibition of tumor cells by targeting a common molecule required for signal transduction of multiple growth stimulators could provide an effective approach to treat cancer. In this research, it was aimed that synthesis of candidate cytotoxins including pyrazole, sulfonamide and hydrazone pharmacophores, cytotoxicity studies, inhibition studies of CA and MetAP2, molecular docking experiments of the lead compounds, and investigation of the structure activity relationships.
Material and method: 80 final compounds were synthesized conventionally and their chemical structures were elucidated by 1H NMR, 13C NMR and HRMS techniques. In vitro cytotoxicity studies of the compounds were carried out using MTT (HSC-2 and HGF cells) and SRB (HCT-116 and CRL-1790 cells) methods. Inhibiton studies of the compounds against hCA I, hCA II, hCA IX and MetAP2 were performed by spectrophotometric methods. Molecular docking studies were performed via Discovery Studio 4.0 software.
Results: Many compounds with the low CC50 values were found as a selective cytotoxic compounds against cancer cell lines. Some leader compounds slightly induced the apoptotic cell death mechanism. Based on the CA selectivity ratios and Ki values, many compounds make attraction towards cancer associated hCA IX isoenzyme. Representative compounds were found dose dependent MetAP2 inhibitors. The cytotoxicities of the compounds were correlated with the several physicochemical descriptors. Enzyme-ligand interactions of the lead compounds were clarified by docking results.
Conclusion: Many compounds of this study can be considered as lead compounds. Leader compounds can be used for the further anticancer research studies and for the designing of novel anticancer compounds. All compounds were patented by Turkish Patent Institute (TR201706371).

Key Words: Anticancer, carbonic anhydrase, cytotoxicity, docking, methionine aminopeptidase.