Bazı yeni heterosiklik bileşiklerin sentezi, yapı aydınlatmaları, antikanser etki, bilgisayar destekli ilaç tasarım çalışmaları
Synthesis, structure elucidation, chemotherapeutic activity, computer aided drug desing studies of some new heterocyclic compounds
Yazar: ÖZÜM ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. ESİN AKI-YALÇIN
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Antineoplastik ajanlar = Antineoplastic agents ; Benzimidazoller = Benzimidazoles ; Farmasötik kimya = Chemistry-pharmaceutical ; Heterosiklik bileşikler = Heterocyclic compounds ; Topoizomeraz = Topoisomerase ; İlaç formülleri = Formularies ; İlaç üretimi = Drug production ; İlaçlar = Drugs

Özet:
Bu çalışmada, 17 adet orjinal 5-karboksamid benzimidazol türevi ve 7 adet orjinal 5-karbohidrazid toplam 24 adet benzimidazol türevi sonuç ürün sentezlenmiş ve in vitro sitotoksik aktiviteleri tayin edilmiştir. Sonuç ürünlerin sentezi için, uygun benzaldehit yapılarının sodyum metabisülfit tuzları hazırlanmış ve 3,4-diamino benzoik asit ile reaskiyona sokularak 2-(4-sübstitüe fenil)-benzimidazol-5-karboksilik asit yapıları elde edilmiştir. Bu ürünlerin tiyonil klorür ile reaksiyona sokulması sonucu açil klorür türevleri sentezlenmiştir.  Elde edilen bu ürünlerin uygun amin veya hidrazin yapıları ile verdiği reaksiyon sonucunda hedeflenen bileşikler elde edilmiştir.
Sentezlenen bileşiklerin saflıkları İTK ile kontrol edildikten sonra erime noktaları saptanmış ve yapıları, 1H-NMR, MASS ve elementel analiz sonuçları ile aydınlatılmıştır.
Bileşiklerin hücre sağkalımı üzerindeki in vitro sitotoksik etkileri, insan küçük hücreli olmayan akciğer kanseri, A549, insan meme kanseri, MCF-7, insan prostat kanseri hücresi, PC-3, insan kolon karsinomu, HT-29 ve HCT-116, insan servikal karsinomu, HeLa, insan kronik miyeloid lösemi, K562 ve insan akut lenfoblastik lösemi, Raji hücreleri kullanılarak 10 µM konsantrasyonda belirlenmiştir. Bu çalışmada antiproliferatif analiz olarak MTT testi kullanılmıştır. Birincil taramada iyi inhibisyon sergileyen bileşikler daha sonra, ikinci aşamada, fare embriyonik fibroblast hücre hattı NIH-3T3 kullanılarak hücre canlılığı açısından değerlendirilmiştir. Bileşiklerden 1g ve 2g, HT-29 hücre hattı üzerinde referans bileşik etopositten daha iyi sitotoksik aktivite sergilemiştir. Bileşik 1k, HCT-116 ve A549 hücre hatlarında etopositten daha iyi sitotoksik aktivite göstermiştir. Bileşik 2e'nin, Raji hücre hattında ve bileşik 1g ve 1r'nin ise PC-3 hücre hattında iyi sitotoksik aktivite gösterdiği tespit edilmiştir. Bileşik 1p A549, HT-29 ve K-562 hücre hatlarında kayda değer sitotoksik aktiviteler sergilediği belirlenmiştir. Tüm bileşikler arasında, 1b, HT-29 hücre hattında gösterdiği %36,27 hücre canlılığı değeri ile en aktif olan türevdir. Diğer bazı bileşikler de bu hücre hatları üzerinde referans bileşik kadar iyi sitotoksik aktivitelere sahiptir. 
Sentezlenen bileşiklerin moleküler etkileşme dinamiklerinin incelenmesi için Topoisomeraz IIα (pdb:5GWK) ve topoizomeraz IIβ (pdb:3QX3)  enzimleri kullanılarak moleküler modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Enzimin iki farklı izoformu ile yürütülen moleküler doking çalışmalarıyla, bileşiklerin bağlanma özelliklerini tanımlanmaya çalışılmış ve Topoisomeraz IIα'ya seçici inhibisyon gösteren bileşikler tespit edilmeye çalışılmıştır. Daha sonra Topoizomeraz II'ye etkili olduğu bilinen benzazol yapısında bileşikler kullanılarak farmakofor model geliştirilmiştir. Sonrasında sentezlenen bileşikler oluşturulan bu farmakofor modellerle haritalandırılmıştır.

Abstract:
In this study, 17 original 5-carboxamide and 7 original 5-carbohydrazide in total 24 benzimidazole derived products were synthesized and their in vitro cytotoxic activities were determined. For the synthesis of the final products, sodium metabisulphite salts of the appropriate benzaldehyde structures were prepared and reacted with 3,4-diamino benzoic acid to yield 2- (4-substituted phenyl) benzimidazole-5-carboxylic acid derivatives. The reaction of these products with thionyl chloride resulted in the formation of acyl chloride derivatives. As a result of the reaction of these products with suitable amine or hydrazine structures, targeted benzimidazole derivatives were prepared.
The purity of the synthesized compounds has been controlled by TLC and their melting points were determined. Their structures were elucidated by using 1H-NMR, Mass and Elemental Analysis methods.
The in vitro cytotoxic effects of the compounds on cell survival were determined using human non-small cell lung cancer, A549, human breast cancer, MCF-7, human prostate cancer cell, PC-3, human colon carcinoma, HT-29 and HCT-116, human cervical carcinoma, HeLa, human chronic myelogenous leukemia, K562 and human acute lymphoblastic leukemia, Raji at 10 M concentration. MTT assay was the antiproliferative assay employed in this study. The compounds which exhibited good inhibition in the primary screen were then evaluated for cell viability in the second stage by using the mouse embryonic fibroblast cell line NIH-3T3. Compounds 1g and 2g exhibit better cytotoxic activities than the reference compound etoposide on HT-29 cell line, compound 1k exhibit better cytotoxic activities than etoposide on both HCT-116 and A549 cell lines, compound 2e exhibit good cytotoxic activity on Raji cell line and compound 1g and 1r  exhibit good cytotoxic activities on PC-3 cell line. Compound 1p exhibit remarkable cytotoxic activities on A549, HT-29 ve K-562 cell lines. Among them, compound 1b is the most active with the %36,27 cell viabilitiy value on HT-29 cell line. Some other compounds have also good cytotoxic activity as well as reference compound etoposide.

Molecular modeling studies were performed using topoisomerase IIa (pdb: 5GWK) and topoisomerase IIβ (pdb: 3QX3) enzymes to investigate the molecular interaction dynamics of the synthesized compounds. The molecular docking studies carried out with two different isoforms of the enzyme in order to identify the binding modes of the compounds and to determine selective inhibitiors of topoisomerase IIα. Pharmacophore models generated using several active benzazole derivative inhibitors. Afterwards the synthesized compounds were mapped onto to these generated pharmacophore model.