Antitüberküler etkili enzim inhibitörü heterosiklik bileşiklerin tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of antitubercular enzyme inhibitor heterocyclic compounds
Yazar: SERAP İPEK DİNGİŞ BİRGÜL
Danışman: PROF. DR. İLKAY KÜÇÜKGÜZEL ; PROF. DR. ATİLLA  AKDEMİR
Marmara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Kimya = Chemistry

Özet:
Amaç: Bu tez kapsamında tüberküloz (TB) hastalığına yol açan Mycobacterium tuberculosis'in yağ asit sentaz II (FAS-II) yolağı üzerinde bulunan enoil-açil taşıyıcı protein redüktaz (InhA) enzimini inhibe etmesi muhtemel yeni moleküllerin tasarlanması, sentezlenmesi ve in vitro aktivite deneylerinin gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. 
Gereç ve Yöntem: Kombinatoryel kimya teknikleri ile üretilen ve yaklaşık 15 000 molekül içeren in-house veri bankası, 5 farklı InhA kristal yapısına karşı valide edilmiş yöntemlerle taranmıştır. Elde edilen sonuçlar hem skor hem de poz açısından değerlendirilmiştir. Seçilen pozlar için 250 ns uzunluğunda MD simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Sonuçta 2,5-disübstitüe 1,3-tiyazolidin-4-on yapılı 23 adet bileşik sentezlenmiş, saflaştırılmış ve yapıları aydınlatılmıştır. Elde edilen bileşiklerin minimum inhibitör konsantrasyonları (MİK) Alamar Blue yöntemi ile belirlenmiştir. InhA enzimine karşı inhibisyon deneyleri yapılmıştır.
Bulgular: Her bir MD simülasyonun zamana karşı RMSD değerleri hesaplanmış, protein-ligand etkileşim histogramları ve iki boyutlu etkileşim grafikleri oluşturulmuştur. Bu çalışmalar ışığında önerilen 23 adet bileşik sentezlenmiştir. Sentezi tamamlanan bileşiklerin yapı aydınlatmaları 1H-NMR, 13C-NMR, HMBC, HSQC, IR, elemental analiz ve kütle spektroskopisinden yararlanılarak yapılmıştır. Saflık kontrolleri ise ince tabaka kromatografisi (İTK) ve yüksek basınçlı sıvı kromatografisi (YBSK) çalışmaları ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen tüm bileşiklerin Mycobacterium tuberculosis'e karşı MİK (µg/mL) değerleri ve aynı zamanda 12 adet bileşiğin InhA enziminde gösterdiği inhibisyon yüzdeleri belirlenmiştir.
Sonuç: Sanal tarama çalışmaları ve MD simülasyonları yardımıyla seçilen 23 adet 2,5-disübstitüe 1,3-tiyazolidin-4-on yapılı bileşik sentezlenmiş ve yapıları aydınlatılmıştır. Bileşik 12 ve 22 için MİK değeri 6.25 µg/mL olarak hesaplanmıştır. Bileşik 3 ve 17 MtInhA enzimine karşı sırasıyla %51 ve %39 inhibisyon göstermiştir. 

Anahtar Kelimeler: Mycobacterium tuberculosis, InhA inhibitörü, tiyazolidin-4-on, moleküler modelleme, moleküler dinamik

Abstract:
Objective: Within the scope of this thesis, it is aimed to design, synthesize and carry out in vitro activity experiments of new molecules that are likely to inhibit the enoyl-acyl carrier protein reductase (InhA) enzyme on the fatty acid synthase II (FAS-II) pathway of Mycobacterium tuberculosis, which causes tuberculosis (TB).
Materials and Methods: The in-house database, produced by combinatorial chemistry techniques and containing approximately 15 000 molecules, was screened with validated methods against 5 different InhA crystal structures. The results obtained were evaluated in terms of both score and pose. Then, 250 ns long MD simulations were performed for the selected poses. As a result, 23 compounds with the structure of 2,5-disubstituted 1,3-thiazolidin-4-one were synthesized, purified, and their structures were elucidated. Minimum inhibitory concentrations (MIC) of the obtained compounds were determined by the Alamar Blue method. Inhibition experiments were performed against the InhA enzyme.
Results: RMSD values of each MD simulation versus time were calculated, protein-ligand interaction histograms and two-dimensional interaction graphs were created. In the light of these studies, 23 suggested compounds were synthesized. The structure elucidation of the synthesized compounds was made using 1H-NMR, 13C-NMR, HMBC, HSQC, IR, elemental analysis and mass spectroscopy. Purity controls were carried out by thin layer chromatography (TLC) and high pressure liquid chromatography (HPLC). MIC (µg/mL) values of all the compounds obtained against Mycobacterium tuberculosis and also the inhibition percentages of 12 compounds against the InhA enzyme were determined.
Conclusion: With the help of virtual screening studies and MD simulations, 23 selected 2,5-disubstituted 1,3-thiazolidin-4-one compounds were synthesized and their structures were elucidated. The MIC value for compounds 12 and 22 was calculated as 6.25 µg/mL. Compounds 3 and 17 showed 51% and 39% inhibition against MtInhA enzyme, respectively.

Keywords: Mycobacterium tuberculosis, InhA inhibitors, thiazolidin-4-one, molecular modeling, molecular dynamics