Temel bileşen analiz yöntemiyle oksindol türevlerinin farmakolojik etkilerinin incelenmesi
Investigating the pharmacological activities of oxindole derivatives using principal component analysis
Yazar: ESRA KÖSE
Danışman: PROF. DR. SEDA GÜNEŞDOĞDU SAĞDINÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Oksindol türevleri antikanser, antimikrobiyel, antiviral ve antioksidatif özellikler sergiler; bu nedenle, ilaç araştırmaları için potansiyel adaylar olarak kabul edilirler. Oksindol bileşiklerinin önemli bir grubu, antikanser veya antimikrobiyel maddeler olarak incelenir. Bu çalışmada bilinen antikanser veya antimikrobiyel özelliklere sahip seçilmiş oksindol moleküllerinin optimize edilmiş temel durum geometrileri, 6-311G(d,p) temel seti ve Becke, Lee-Young ve Parr hibrit fonksiyoneli (B3LYP) kullanılarak yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ile elde edilmiştir. Oksindol bileşiklerinin biyolojik aktiviteleri için nicel yapı-aktivite ilişkilerini (QSAR) ortaya çıkarmak amacıyla her molekül için kuantum mekaniksel tanımlayıcılar belirlenmiştir. Tanımlayıcı uzayının boyutlarını küçültmek için oluşturulan veriler üzerinde temel bileşen analizi (PCA) yapılmıştır. PCA, oksindol türevlerinin biyolojik aktiviteleri ile ilişkilendirilebilecek özvektörler ve özdeğerleri veren bir eğitim setinde uygulanmıştır. Eğitim setinden elde edilen sonuçlar ile PCA rutinindeki doğrulama setlerinin sonuçları karşılaştırılarak, bilinmeyen oksindol moleküllerinin antikanser veya antimikrobiyel özelliklerinin yaklaşık %85 doğrulukla tahmin edilebileceği gösterilmiştir. Tipik olarak, farmakolojik araştırmalarda ilaç adaylarının biyolojik aktiviteleri incelenirken QSAR çalışmalarında yapısal ve uzaysal tanımlayıcılar kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu tez çalışması, kuantum mekaniksel tanımlayıcıların yapısal ve uzaysal tanımlayıcılar kadar yararlı olabileceğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: İlaç, Kuantum Mekaniksel Tanımlayıcılar, Nicel Yapı-Aktivite İlişkisi, Oksindol, Temel Bileşen Analizi.

Abstract:
Oxindole derivatives exhibit anticancer, antimicrobial, antiviral, and antioxidative properties; therefore, they are considered as potential candidates for drug search. A major group of oxindole compounds are studied as anticancer or antimicrobial agents. In this study, optimized ground state geometries of selected oxindole molecules with known anticancer or antimicrobial properties were obtained with density functional theory (DFT) by using Becke, Lee-Young and Parr hybrid functional (B3LYP) along with 6-311G(d,p) basis set. Quantum mechanical descriptors were generated for each molecule to reveal the quantitative structure-activity relationships (QSAR) of oxindole compounds for their biological activities. In order to reduce the dimensions of descriptor space, principal component analysis (PCA) was performed on the generated data. PCA was applied on a training set which yielded eigenvectors and eigenvalues that can be associated with the biological activities of oxindole derivatives. By comparing the results obtained from the training set with those of validation sets in PCA routine, it was demonstrated that anticancer or antimicrobial properties of unknown oxindole molecules can be predicted with almost 85% accuracy. Typically, structural and spatial descriptors have been used in QSAR studies while studying biological activities of drug candidates in pharmacological research. Meanwhile, this study shows that quantum mechanical descriptors can be just as useful as structural and spatial descriptors.

Keywords: Drug, Quantum Mechanical Descriptors, Quantitative Structure–Activity Relationship, Oxindole, Principal Component Analysis.