Hesaplamalı kimya destekli anti-influenza nöraminidaz ilaç tasarımı
Computer aided drug design supported anti-influenza neuraminidase drug design
Yazar: MURAT KURT
Danışman: PROF. DR. NECMETTİN PİRİNÇÇİOĞLU ; DOÇ. DR. SELAMİ ERCAN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Docking = Docking ; Moleküler dinamik = Molecular dynamic ; Nöraminidaz = Neuraminidases ; İlaç tasarımı = Drug design ; İnfluenza virüs = Influenza virus

Özet:
İnfluenza, halk arasında grip olarak bilinen, influenza virüslerinin sebep olduğu, bulaşıcı ve ölümcül bir hastalıktır. İnfluenza virüsü tarihte her yüz yılda yaklaşık 3-4 pandemi, 4-5 epidemi, oluşturarak milyonlarca insanın ölümüne sebep olmuştur. Kolayca mutasyon geçiren ve pek çok konağa adapte olmuş bu virüs mevsimsel bir hastalığa da dönüşerek her sene nüfusun yaklaşık %5-15'inin enfekte olmasına, üç-beş milyon insanın şiddetli hastalık geçirmesine, 290.000-650.000 insanın ise ölmesine sebep olmaktadır. Bu sayılar halk sağlığını koruma açısından influenzaya karşı her zaman tetikte ve çalışma içinde olmamız gerekliliğini ortaya koymaktadır. İnfluenzaya karşı geliştirilen FDA onaylı Tamiflu® (Oseltamivir -OSC), Relenza™ (Zanamivir -ZMR) gibi antiviral ilaçlar vardır. Ancak yakın zamanda görülen kuş gribi ve domuz gribi gibi salgınlarından sonra artan çalışmalarda grip virüsünün bu ilaçlara karşı direnç kazandığı anlaşılmıştır. 
Bu çalışmamızda bilgisayar destekli ilaç tasarımı yöntemleri (sanal tarama, de novo dizayn, rasyonel dizayn, dock, moleküler dinamik, MM-PB(GB)/SA) kullanılarak grip virüsünün yüzey glikoproteinlerinden olan nöraminidaz inhibitörü olabilecek potansiyele sahip moleküller bulunmaya çalışılmıştır. Bu amaçla son yüzyılda insanlarda pandemiye sebep olan influenza A virüsü alt tiplerinden H1N1, H5N1, H2N2 ve H3N2 nöraminidaz proteinleri ve bunların FDA onaylı ilaç moleküllerine (OSC ve ZMR) karşı direnç geliştirmiş mutant varyantları hazırlanmış ve bu sekiz protein hesaplamalarda reseptör olarak kullanılmıştır. Sanal tarama ile belirlenen yedi binden fazla molekül veya denovo dizayn ve rasyonel dizayn ile tasarlanan yüzden fazla molekül potansiyel NAI etkinliğini denemek için bu reseptörlere karşı denenmiştir. Dock skorları, moleküler dinamik hesaplamarı ve MM-PB(GB)/SA skorlarına göre, özellikle vo1, f01 ve r84 olarak kodladığımız moleküllerin tüm proteinlerde başarılı sonuçlar verdiği bulunmuştur. Örneğin MM-PB(GB)/SA ile hesaplanan bağlanma serbest enerjisi karşılaştırmalarında mutant olmayan 3TIA proteini OSC kompleksi için bağlanma serbest enerjisi -25,64 kcal/mol iken aynı proteinin r84, f01, vo1 molekülleriyle oluşturduğu komplekslerde bu enerji sırasıyla -34,84; -60;66; -59,99 kcal/mol olarak bulunmuştur. Aynı şekilde mutant 3TIA proteini OSC kompleksi için bağlanma serbest enerjisi -18,40 kcal/mol iken mutant 3TIA proteini r84, f01, vo1 molekülleriyle komplekslerinde bu enerji sırasıyla -40,40; -58,93; -76,19 kcal/mol olduğu bulunmuştur. Bu çalışmada rasyonel tasarlanan r84 molekülüyle ilgili bölüm ayrıca detaylı açıklanmıştır.

Abstract:
Influenza, commonly known as flu, is a contagious and deadly disease caused by influenza viruses. Influenza virus has caused the death of millions of people by creating about 3-4 pandemics and 4-5 epidemics every hundred years. This virus, which mutates easily and adapts to many hosts, also makes seasonal disease, causing about 5-15% of the population to be infected, 3-5 million people to suffer from severe illness, and 290.000-650.000 people to die every year. These numbers reveal the necessity of being on the alert and working towards influenza at all times in order to protect public health. There are FDA-approved antiviral drugs Tamiflu®) (Oseltamivir -OSC), Relenza™ (Zanamivir -ZMR) developed against influenza. However, after the recent epidemics such as bird flu and swine flu, increased studies have shown that the flu virus has acquired resistance to these drugs.
In this study, we tried to find molecules with the potential to be a neuraminidase (one of the surface glycoproteins of the influenza virus) inhibitor, by using computer aided drug design methods (virtual scanning, denovo design, rational design, dock, MD, MM-PB(GB)/SA). For this purpose, we prepared H1N1, H5N1, H2N2 and H3N2 neuraminidase proteins, one of the influenza A virus subtypes that caused pandemics in humans in the last century, and their mutant variants that developed resistance to FDA-approved drugs (Oseltamivir (OSC) and zanamivir (ZMR)) and we used these eight proteins as receptors in calculations. More than seven thousand molecules determined by virtual scanning or more than a hundred molecules designed with denovo design and rational design were tested against these receptors to test potential NAI efficacy. According to Dock scores, MD calculations and MM-PB(GB)/SA scores, it was found that especially vo1, f01 and r84 coded molecules gave successful results in all proteins. For example, in the binding free energy comparisons calculated with MM-PB(GB)/SA, while the binding free energy for the non-mutant 3TIA protein complexes with OSC was -25,64 kcal/mol, this energy was found to be -34,84; -60,66; -59,99 kcal/mol for complexes with r84, f01, vo1 molecules respectively.  Likewise, while the binding free energy for the mutant 3TIA protein complexes with OSC was -18,40 kcal/mol, this energy was found to be -40.40; -58,93; -76,19 kcal/mol for mutant 3TIA protein complexes with r84, f01, vo1 molecules, respectively. In this study, the part about the rationally designed r84 molecule is also explained in detail.