Sanal ligand taraması yöntemi ile nikotinik asetilkolin antagonistlerinin tasarımı
Design of nicotinic acetylcholine antagonists by virtual ligand screening method
Yazar: KONUL HAJIYEVA
Danışman: PROF. DR. VİLDAN GÜRSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Antagonistler = Antagonists ; Docking = Docking

Özet:
Türkiye nüfusunun 15 milyona (27,1%) yakını tütün ürünü tüketmektedir. Nikotin bağımlılığı sigara kullanma alışkanlığının devam ettirilmesine ve tedavilerin başarısızlıkla sonuçlanmasına sebep olmaktadır. Akciğerler, ağız, burun, deriden kolay ve hızlı bir şekilde emilen nikotin Nicotiana tabacum bitkisinin yapraklarından elde edilen bir alkaloiddir. Sigara bağımlılığının başlıca sebebi Nikotin'dir.
İyon kanal reseptörü olan nikotinik asetilkolin reseptörü (nAChR) asetilkolin ve tütün bağımlılığının ana maddesi olan nikotin tarafından aktive edilir. Bugüne kadar, muskarinik (α1, β1, γ, δ ve ε) ve nöronal (α2-α10 and β2-β4) olmak üzere 17 tane nACh reseptör altbirimi tespit edilmiştir. Merkezi sinir sisteminde en çok yayılan nAChR altbirimleri α4β2 (~90%) ve α7 (~10%) altbirimleridir. α4β2 altbirimi asetilkolin ve nikotine olan yüksek afinitesi ile karakterize edilir ve sigara bıraktırıcı ilaçların hedef yapısıdır.
Bazı bitkilerin (çörekotu, karabaş otu, kara biber, lobelya, sarı kantaron ve yulaf) içindeki bazı fitokimyasalların (kamfor, menton, mentol, karvakrol, timokinon, flavonoidler v.s.) sigara bıraktırıcı özelliği olduğuna dair deneysel çalışmalar olmasına karşın, Nikotinik Asetilkolin Reseptörü (nAChR) ile bağlanma özelliklerini ve bağlanma enerjisini içeren herhangi bir çalışma bulunmamaktadır.
Amacımız, bu bitkilerin (çörekotu, karabaş otu, kara biber, lobelya, sarı kantaron ve yulaf) içindeki bazı fitokimyasalların (kamfor, menton, mentol, karvakrol, timokinon, flavonoidler v.s.) nAChR antagonisti olarak etkisinin İlaç Tasarım yöntemlerinden Doking (kenetleme) programı olan Autodock Vina kullanılarak araştırılmasıdır.
Çalışmanın ilk kısmında, AutoDock Vina programının validasyonu 1UW6 ve 2BYR kodlu Asetilkolin Bağlanma Proteini (AChBP) için yapılmıştır. Hesaplama sonucunda RMSD değerleri 1.3 ve 1.6 Å olarak bulunmuştur. RMSD değeri 2 Å 'dan küçük olduğundan dolayı AutoDock Vina programının seçilen sistem için uygun olduğu belirlenmiştir.
İkinci aşamada, karabaş otu, çörekotu, yulaf, kara biber, lobelya ve sarı kantaron bitkilerindeki fitokimyasalların DFT/B3LYP/6-31G(d,p) temel seti ile geometri optimizasyonu yapılmıştır ve fitokimyasalların AChBP'nin aktif bölgesine bağlanması AutoDock Vina programı kullanılarak incelenmiştir. İlk kez yapılan bu çalışma sonucunda, antagonistik özelliği en yüksek bileşik mikuelianin olarak saptanmıştır.
Çalışmanın son aşamasında, mikuelianin yapısından yola çıkılıp ZINC15 veri tabanı kullanılarak bulunan 506 bileşik ile sanal ligand taraması yapılmıştır. Hesaplamalar sonucunda en iyi bağlanma afinitesine sahip ilk 20 bileşiğin ümit verici aday olabileceği bulunmuştur.
Bu tezde yapılan araştırmalar sonucunda elde ettiğimiz veriler, nAChR antagonisti olarak etkili olabilecek yeni aday antagonistlerinin tasarlanmasına katkıda bulunacaktır.

Abstract:
A total of 14.8 million people in Turkey (27.1%) use tobacco products. Nicotine dependence is the first cause of continued smoking behavior and overall failure of treatment interventions. Nicotine, an alkaloid derived from the leaves of the Nicotiana tabacum plant, is a very easily absorbed substance and is easily and rapidly absorbed by the lungs, mouth, nose, skin. Nicotine is the main cause of cigarette dependence.
The nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) is an ion channel receptor, which is activated by acetylcholine and nicotine which is the main component of tobacco dependence. To date, 17 nACh receptor subunits have been identified, including muscarinic (α1, β1, γ, δ and ε) and neuronal (α2-α10 and β2-β4). The most widely distributed nAChR subunits in the central nervous system are α4β2 (~ 90%) and α7 (~ 10%) subunits. The α4β2 subunit is the target structure of smoking cessation drugs.
Although there are several experimental studies (in vivo and in vitro) that some phytochemicals (camphor, menton, menthol, carvacrol, thymoquinone, flavonoids, etc.) in some plants (avena sativa, hypericum perforatum, lavandula stoechas, lobelia inflata, nigella sativa, piper nigrum) are smoking cessation features, there are no any studies with nAChR (nicotinic acetylcholine receptor) including binding properties and energy.
Our aim is to investigate how some phytochemicals (camphor, menton, menthol, carvacrol, thymoquinone, flavonoids, etc.) in some plants (avena sativa, hypericum perforatum, lavandula stoechas, lobelia inflata, nigella sativa, piper nigrum) interact with nAChR as an antagonist by using Docking program Autodock Vina.
In the first part of the study, the validation of the AutoDock Vina program was performed for AChBP (acetylcholine binding protein) 1UW6 and 2BYR. As a result of calculation, RMSD values for 1UW6 and 2BYR were found 1.3 and 1.6 Å respectively. Due to RMSD value is less than 2 Å, AutoDock Vina has been determined to be suitable for the selected system.
In the second step, geometry optimization of phytochemicals in lavandula stoechas, avena sativa, piper nigrum, lobelia inflata, hypericum perforatum and nigella sativa were performed by DFT/B3LYP/6-31G(d,p) and the binding of phytochemicals to the active site of AChBP was analyzed by using the AutoDock Vina program. İt was found that miquelianin has the highest antagonist activity. 
In the last part of the study,  virtual ligand screening study was performed for 506 compounds in ZINC15 database. Our calculation results showed that the first 20 structures showing the best binding affinity would be promising candidates. 
As a result of the research carried out in this thesis, the obtained data will contribute to the design of new candidate antagonists which may be effective as nAChR antagonists.