Potansiyel α-glukozidaz inhibitörü bir grup 2-sübstitüe-kinazolinon türevi bileşiğin sentez ve  biyolojik aktivite çalışmaları
Synthesis and biological activity studies of some 2-substituted-quinazolinone derivatives as potential α-glucosidase inhibitors
Yazar: EMRE KADİR AYAN
Danışman: DOÇ. DR. ZEYNEP SOYER
Ege Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Alfa-glükozidaz = Alpha-glucosidases

Özet:
Diyabet, dünyada yaygın olarak görülen ve insidansı her geçen gün hızla artan bir hastalıktır. İnsülin sekresyonundaki eksiklik ve/veya dokulardaki insülin direncinden kaynaklanan bu hastalıkta, glukozun hücre içine geçişi azaldığından hiperglisemi ile karakterize klinik bir durum ortaya çıkmaktadır. Diyabette uzun süre kontrol edilmeyen hiperglisemi, başta kardiyovasküler bozukluklar olmak üzere nefropati, retinopati ve nöropati gibi ölümcül komplikasyonlara neden olabilmektedir. Diyabet, kanser ve kardiyovasküler hastalıklardan sonra en çok ölüme sebep olan hastalık olup dünyada her sekiz saniyede bir insanın diyabet ya da diyabetle ilişkili komplikasyonlar nedeniyle hayatını kaybettiği bildirilmektedir. Ayrıca bu hastalık ülkelerin sağlık harcamalarında da önemli bir yer tutmaktadır. Yüksek prevalans oranı, ölümcül komplikasyonları ve ülkeler açısından önemli bir mali yük teşkil etmesi nedeniyle, diyabetin etkin bir şekilde tedavi edilmesi zorunluluk haline gelmiştir.
Diyabet tedavisindeki hedeflerden biri α-glukozidaz enzim ailesinin inhibisyonudur. İnce bağırsağın fırça kenarlı membranı üzerinde yer alan bu enzim ailesi, karbonhidratların glukoza parçalanması işleminin son basamağını katalizlemektedir. α-Glukozidaz enzimi inhibe edildiğinde, karbonhidratların glukoza parçalanması yavaşlamakta ve bu sayede glukozun ince bağırsaktan absorbsiyonu geciktirilerek postprandial hiperglisemide kontrol sağlanabilmektedir. Günümüzde akarboz, vogliboz ve miglitol olmak üzere üç adet α-glukozidaz inhibitörü ilaç tedavide kullanılmaktadır. Ancak elde edilmeleri için yüksek maliyetli sentetik prosedürler gerektiren şeker benzeri bu ilaçların hem etkinlikleri düşüktür, hem de hepatotoksisite gibi ciddi yan etki riskleri vardır. Bu nedenlerden dolayı, daha güvenilir ve daha etkili yeni α-glukozidaz inhibitörlerinin geliştirilmesi amacıyla dünya genelinde birçok  araştırma grubunun yoğun çalışmaları bulunmaktadır.
Günümüze kadar çeşitli araştırma grupları tarafından yapılan çalışmalarda farklı kimyasal yapılara sahip çok sayıdaki bileşiğin α-glukozidaz inhibitör aktivite gösterdiği rapor edilmiştir. Bu bileşikler arasında kinazolinon ve benzensülfonamit  türevleri de bulunmaktadır. Ancak kinazolinon ve benzensülfonamit yapılarını birlikte içeren bileşiklerin α-glukozidaz inhibitör aktivitelerine dair şimdiye kadar herhangi bir çalışma bildirilmemiştir. Bu noktadan hareketle tez çalışmamız kapsamında, α-glukozidaz inhibitör aktivite gösterdiği önceki çalışmalarda rapor edilen kinazolin-4(3H)-on ve benzensülfonamit yapılarını içeren N-sübstitüe-4-((4-okso-3,4-dihidrokinazolin-2-il)amino)benzensülfonamit genel yapısı ile sülfonamit azotunu heterosiklik bir yapının üyesi olarak taşıyan 2-((4-(pirolidin-1-ilsülfonil)fenil)amino)kinazolin-4(3H)-on, 2-((4-(piperidin-1-ilsülfonil)fenil)amino)kinazolin-4(3H)-on ve 2-((4-(morfolin-4-ilsülfonil)fenil)amino)kinazolin-4(3H)-on yapılarına sahip toplam 33 adet hibrit bileşiğin tasarımı ve sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen bileşiklerin yapıları IR, 1H NMR, 13C NMR ve kütle spektroskopisi yöntemleriyle doğrulanmıştır. Bileşiklerin α-glukozidaz inhibitör aktiviteleri spektrofotometrik yöntem kullanılarak in vitro olarak tespit edilmiştir. Ayrıca farklı elektronik özellikte sübstitüent taşıyan en aktif iki bileşiğin (15 ve 25 No.lu bileşikler) enzim inhibisyon kinetik çalışmaları yapılarak  inhibisyon mekanizmaları belirlenmiştir.
Biyolojik aktivite sonuçlarına göre, 4, 8, 9, 15, 17-19, 21 ve 23-27 No.lu bileşikler, IC50= 129.2-558.7 µM değerleriyle referans bileşik akarbozdan (IC50= 814.3 ± 13.5 µM) daha yüksek α-glukozidaz inhibitör aktivite göstermiştir. Bu bileşikler içerisinde sülfonamit azotunda p-klorofenil grubu taşıyan 25 No.lu bileşik serinin en aktif bileşiği olarak tespit edilmiştir. Kinetik çalışma sonuçları ise 15 ve 25 No.lu bileşiklerin karışık tipte inhibisyon mekanizmasına sahip olduğunu göstermiştir.
Tez çalışmamızdan elde edilen verilere göre, kinazolinon-benzensülfonamit hibrit molekülleri α-glukozidaz inhibisyonu açısından umut verici bileşikler olarak değerlendirilmiştir. Bu çalışma sonuçları, bileşiklerin sentez ve biyolojik aktivitelerinin ilk kez rapor edilmesi açısından literatüre önemli katkı sağlayacak ve potansiyel α-glukozidaz inhibitörlerinin geliştirilmesine yönelik yeni araştırmaların planlanmasında yol gösterici olacaktır.

Abstract:
Diabetes is a common disease and its incidence is rapidly increasing worldwide.  The origin of diabetes is based on the deficiency in insulin secretion and/or insulin resistance in tissues; therefore as the passage of glucose into the cell is reduced, a clinical condition characterized by hyperglycemia emerges and uncontrolled hyperglycemia in diabetes can lead to fatal complications such as nephropathy, retinopathy and neuropathy, especially cardiovascular disorders. Diabetes is the third most fatal disease after cancer and cardiovascular diseases, and it is reported that one person dies due to diabetes or diabetes-related complications in every eight seconds. Therefore, countries have to allocate a significant share in their current health expenditure to combat this disease and due to its high prevalence rate, fatal complications and significant financial burden for countries, it has become mandatory to treat diabetes effectively.
One of the targets in the treatment of diabetes is the inhibition of the α-glucosidase enzyme family. This enzyme family is located on the brush border membrane of the small intestine and catalyzes the last step of the breakdown of carbohydrates into glucose. When the breakdown of carbohydrates into glucose slows down by inhibiting the α-glucosidase enzyme, the absorption of glucose from the small intestine can be delayed and postprandial hyperglycemia can be controlled. Currently, three α-glucosidase inhibitors, acarbose, voglibose and miglitol, are used in the treatment. However, these sugar-mimetic drugs require high-cost synthetic procedures to obtain them, moreover, they all have low effect and serious side effects such as hepatotoxicity. For these reasons, there are intensive studies of many research groups around the world to develop new α-glucosidase inhibitors that are safer and more effective.
Until today, many compounds with different chemical structures including quinazolinone and benzenesulfonamide derivatives has been reported for their α-glucosidase inhibitory activity. However, there haven't been any reported studies containing quinazolinone and benzenesulfonamide structures together. With this point of view, 33 molecules bearing  N-substituted-4-((4-oxo-3,4-dihydroquinazolin-2-yl)amino)benzenesulfonamide general structure containing quinazolin-4(3H)-one and benzenesulfonamide structures that were reported in previous studies with       their α-glucosidase inhibitory activity and molecules with                                           2-((4-(pyrrolidin-1-ylsulfonyl)phenyl)amino)quinazolin-4(3H)-one, 2-((4-(piperidin-1-ylsulfonyl)phenyl)amino)quinazolin-4(3H)-one and 2-((4-(morpholinosulfonyl) phenyl)amino)quinazolin-4(3H)-one structures where the sulfonamide nitrogen is a member of a heterocyclic ring system were designed, synthesized and tested for their α-glucosidase inhibitory activity.
The structures of the synthesized compounds were confirmed by IR, 1H NMR, 13C NMR and mass spectroscopic methods. The α-glucosidase inhibitory activities of the compounds were determined by spectrophotometric method, in vitro. In addition, enzyme inhibition kinetics of the two most active compounds (compounds 15 and 25) bearing different electronic substituents were performed and their inhibition mechanisms were determined.
In terms of the biological activity results, compounds 4, 8, 9, 15, 17-19, 21 and 23-27 possessed higher α-glucosidase inhibitory activity with IC50= 129.2-558.7 µM than the reference compound acarbose (IC50= 814.3 ± 13.5 µM). Among these compounds, compound 25 carrying p-chlorophenyl group in sulfonamide nitrogen were reported as the most active compound in the series. Kinetic study of the compounds 15 and 25 displayed a mixed type of inhibition mechanism.
Based on the results of the study, quinazolinone-benzenesulfonamide hybrid molecules can be considered as promising compounds in terms of α-glucosidase inhibition. In this study, the synthesis and the biological activities of the title compounds were reported for the first time. In this respect, our thesis will make a significant contribution to the literature and may lead the researches for the development of new potential α-glucosidase inhibitors.