Nitril fonksiyonellenmiş N-heterosiklik karben öncülleri ve karben kompleksleri sentezi: Enzim inhibisyon, antikanser aktivite ve DNA bağlanma özellikleri
Nitrile functionalized N-heterocyclic carbene precursors and carbene complex synthesis: Enzyme inhibition, anti-cancer activity and dna binding properties
Yazar: ERKAN ÖNER
Danışman: PROF. DR. SERAP YALIN ; PROF. DR. YETKİN GÖK
Mersin Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Eczacılık Biyokimya Ana Bilim Dalı / Eczacılık Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Antineoplastik ajanlar = Antineoplastic agents ; DNA = DNA ; Enzim inhibitörleri = Enzyme inhibitors ; Karben kompleksleri = Carbene complexes ; Karbenoid = Carbenoid ; N-heterosiklik karben = N-heterocyclic carbene ; İlaç formülleri = Formularies ; İlaçlar = Drugs

Özet:
Yeni metalofarmasötiklerin tasarımı genellikle metal ve ligandın uygun kombinasyonundan oluşur. Özellikle Ir, Rh, Os, Ru, Pd, Ag, Au gibi geçiş metalleri, yeni potansiyel metal içeren ilaçların geliştirilmesi için kullanılmıştır. Bu tür organometalik komplekslerin sentezinde fonksiyonelleştirilmesi kolay (ayarlanabilir) ve metallerle güçlü bağlar oluşturan ligandlar tercih edilir. Bu güçlü bağ ilaçların taşınma, çözünürlük, kararlılık gibi işlevlerinin yanında ilacın varlığını işlem boyunca korur ve böylece vücuttan atılımını kolaylaştırır. Bu açıdan, biyolojik aktiviteye sahip N-heterosiklik karben (NHC) ligandları ve onların kompleksleri ideal adaylardır. Bu tez çalışmasında, ilaç geliştirme çalışmaları için büyük önem taşıyan 3-siyanopropil ile fonsiyonellenmiş N-heterosiklik karben ligandlarına sahip NHC öncülleri, gümüş ve rutenyum NHC komplekslerinin sentezi ve biyolojik özellikleri araştırıldı. Çalışmadaki amacımız kapsamında ise 3-siyanpropil ile fonksiyonellenmiş NHC öncüllerinin enzim inhibisyon etkileri ile bu öncüllerin gümüş ve rutenyum komplekslerinin in vitro antikanser aktivitesi ile birlikte DNA bağlanma özellikleri belirlendi. 3-siyanopropil ile fonksiyonellenmiş karben öncülleri (1a-g) kuarternizasyon yöntemi ile sentezlendi. NHC-M (M: Ag) kompleksleri (2a-g) deprotonasyon yöntemi ile rutenyum karben kompleskleri (3a-f) ise transmetalasyon yöntemi ile sentezlendi. Sentezi yapılan maddeler, 1H NMR, 13C NMR ve FTIR spektroskopik yöntemler kullanılarak karakterize edildi. 3-siyanopropil fonksiyonellenmiş NHC öncüllerinde hCA I ve hCA II karbonik anhidraz enzimleri ile asetilkolin esteraz (AChE) enzimi üzerindeki inhibisyon etkileri değerlendirildi. hCA I enziminde asetazolamide göre iyi inhibisyon etkisi gösteren maddeler sırasıyla 1c>1a>1b>1d olarak belirlendi. 1f ve 1e asetazolamid ile hCA I enziminde benzer etki gösterdi. 1g kodlu maddenin hCA I de etkisi asetazolamide göre daha düşüktü. hCA II enziminde asetazolamide göre iyi inhibisyon gösteren maddeler sırasıyla 1d>1f>1a>1c olarak belirlendi. 1b kodlu madde asetazolamid ile hCA II enziminde benzer etki gösterdi. 1e ile 1g kodlu maddeler hCA II enziminde asetazolamide göre daha düşük etki gösterdi. AChE enziminde takrine göre iyi inhibisyon etkisi gösteren maddeler sırasıyla 1a>1c>1e>1b>1f kodlu maddeler olarak belirlendi. 1d kodlu madde takrin ile AChE enziminde benzer etki gösterdi. 1g kodlu madde ise AChE enziminde takrine göre düşük etki gösterdi. Meme kanseri hücre hattı MCF-7'ye karşı 2d, 2e, 2c, 2b, 3c, 3e kodlu maddeler sisplatine kıyasla daha düşük IC50 değerleri sunarak yüksek antikanser aktiviteleri gösterdi. Ag(I)NHC ve Ru(II)NHC komplekslerimizin hidrofobik özelliklerinden dolayı hücre zarından geçmek konusunda başarılı olduğu ve bu sebepten dolayı antikanser etkilerinin yüksek olduğu düşünülmektedir. 2d, 2e, 2c, 2b, 3c, 3e kodlu maddeler sisplatine kıyasla daha düşük IC50 değerine sahip olduğundan dolayı bu maddelerde DNA bağlanma kapasitesi çalışıldı. DNA bağlanma deneyinde sentezlenen gümüş ve rutenyum komplekslerinin süper sarmal pBR322 plazmit DNA'sıyla etkileşim yeteneğinin incelendiği ve elde edilen görüntülerden sentezlenen gümüş komplekslerinin artan konsantrasyonlarına rağmen DNA bağlanma özelliklerinin rutenyum kompleksleri gibi çok aktif biçimde olmadıkları sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The design of new metallopharmaceuticals usually consists of the appropriate combination of metal and ligand. Especially, transition metals such as Ir, Rh, Os, Ru, Pd, Ag, Au have been used for the development of new potential metal-containing drugs. Ligands that are easy to functionalize (tunable) and form strong bonds with metals are preferred in the synthesis of such organometallic complexes. This strong bond maintains the presence of the drug throughout the process, as well as functions such as transport, solubility and stability of the drugs, thus facilitating their excretion from the body. In this regard, N-heterocyclic carbene (NHC) ligands with biological activity and their complexes are ideal candidates. In this thesis, the synthesis and biological properties of NHC precursors, silver and ruthenium NHC complexes with 3-cyanopropyl-functionalized N-heterocyclic carbene ligands, which are of great importance for drug development studies, were investigated. Within the scope of our study, the enzyme inhibition effects of 3-cyanopropyl-functionalized NHC precursors and the in vitro anticancer activity of silver and ruthenium complexes of these precursors and DNA binding properties were determined. Carbene precursors (1a-g) functionalized with 3-cyanopropyl were synthesized by quaternization method. NHC-M (M: Ag) complexes (2a-g) deprotonation method were synthesized. Ruthenium carbene precursors were synthesized by transmetalation method(3a-f). The synthesized materials were characterized using 1H NMR, 13C NMR and FTIR spectroscopic methods. Inhibition effects on hCA I and hCA II carbonic anhydrase enzymes and AChE enzyme in 3-cyclopropyl functionalized NHC precursors were evaluated. Substances showing good inhibition effect in hCA I enzyme compared to acetazolamide were determined as 1c>1a>1b>1d, respectively. 1f and 1e showed similar effects with acetazolamide in hCA I enzyme. The effect of 1g coded substance on hCA I was less effective than acetazolamide. Substances showing good inhibition of hCA II enzyme compared to acetazolamide were determined as 1d>1f>1a>1c, respectively. 1b coded substance showed similar effects with acetazolamide on hCA II enzyme. Substances coded 1e and 1g showed a lower effect on the hCA II enzyme than acetazolamide. Substances that showed good inhibition effect in AChE enzyme compared to tacrine were determined as 1a>1c>1e>1b>1f coded substances, respectively. 1d coded substance showed similar effects with tacrine on AChE enzyme. The 1g coded substance had a lower effect on AChE enzyme than tacrine. All compounds present in Ag-NHC and Ru-NHC complexes showed higher anticancer activities by presenting lower IC50 values ​​against MCF-7 breast cancer cell line, substances encoded 2d, 2e, 2c, 2b, 3c, 3e compared to cisplatin. Against the breast cancer cell line MCF-7, substances coded 2d, 2e, 2c, 2b, 3c, 3e showed lower IC50 values compared to cisplatin, showing higher anticancer activities. It is thought that our Ag(I)NHC and Ru(II)NHC complexes are successful in passing through the cell membrane due to their hydrophobic properties and therefore their anticancer effects are high. Since 2d, 2e, 2c, 2b, 3c, 3e coded substances have a lower IC50 value compared to cisplatin, the DNA binding capacity of these substances was studied. DNA binding experiments examined the ability of the synthesized silver and ruthenium complexes to interact with the super-helical pBR322 plasmid DNA, and it was concluded from the images obtained that the DNA binding properties were not as active as the ruthenium complexes, despite the increasing concentrations of the synthesized silver complexes.