Glikolitik Enzimlerde Türe Özgü Allosterik Inhibisyon Bölgelerinin Belirlenmesi ve Ilaç Tasarımında Kullanımı

Abstract

Parazitik ve bakteriyel/dirençli bakteriyel hastalıklardan kaynaklanan ölümler insanlığın en önemli sağlık sorunlarından biri olmuştur. Bu tür hastalıkların tedavisi için türe özgü ilaçların geliştirilmesi ciddi bir seçenek olarak karşımıza çıkmaktadır. Türe özgü ilaçlar, hastalığa sebep olan organizmayı hedefleyerek, organizmanın hayati açıdan kritik bir enzimini hedef alacak şekilde geliştirilir. Bundan dolayı, bu projede hedef alınan enzimler glikolitik yolakta görev yapan on adet enzim arasından seçilmiştir. Glükozdan enerji elde edilmesi, bir organizma için yaşamsal değeri en yüksek kimyasal tepkimeler dizisidir. Neredeyse tüm canlılarda bulunan ve aynı şekilde çalıştığı için evrensel kabul edilen bu enzimlerin insanda da bulunması, geliştirilecek ilacın seçicilik özelliğinin yüksek, yani türe özgü olmasını zorunlu kılar. Bu nedenle, seçilen hedef enzimlerde insan ve bakteri/parazitleri birbirinden ayıran seçiciliği yüksek inhibisyon bölgeleri ortaya çıkartılmıştır. Bu bölgeler aynı zamanda allosterik özelliklere sahiptir ve evrimsel açıdan mütasyona yatkın olduklarından, türler arası farklılıkların kolaylıkla ortaya çıkartılmasını sağlar. Diğer taraftan, allosterik bölgeleri hedef alarak geliştirilen inhibitörler ilaç keşfi çalışmalarındaki en yeni yaklaşımlardan biridir. Diğer bir deyişle, enzimlerin aktif bölgeleri yerine, aktif bölge üzerine uzaktan etki yaratabilen allosterik inhibitörlerin tasarlanmasıdır. Allosterik inhibitörlerin yüksek seçiciliklerinin yanı sıra, en önemli özellikleri arasında, düşük yan etki ve düşük toksisite yer almaktadır. Glikolitik yolaktaki üç allosterik enzim, fosfofrüktokinaz, gliseraldehit 3-fosfat dehidrojenaz ve pirüvat kinaz bu proje için seçilmiştir. İlk aşamada, in silico yöntemlerle ilacın hedef alacağı allosterik özelliğe sahip bölgeler, katalitik bölge dışında kalan, konak organizmanınkiyle (insan) yapısal ya da amino asit farklılıklar gösterenler arasından belirlenmiştir. Sanal tarama ve mevcut ilaçların yeniden konumlandırma çalışmaları bu seçilen bölgelere yapılmıştır. Taramalar sonucunda, istenilen türün (bakteri/parazit) enzimine insanınkinden daha kuvvetli bağlanan moleküller belirlenmiştir. Allosterik ve katalitik bölgeler arası sinyalleşme mekanizmalarının ve belirlenen ilaç moleküllerinin bağlandıktan sonra enzim dinamiğine olan etkilerinin incelenmesi için bir dizi Moleküler Dinamik simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Önerilen allosterik bölgenin, bilinen allosterik bölgeden çok daha etkili olduğu yapılan tüm in silico çalışmalarda gösterilmiştir. Son olarak, in siliko çalışmalarda ön plana çıkan ilaç moleküllerinin in vitro enzim aktivite testleri yapılmış ve çok sayıda etkili molekül tespit edilmiştir. Bundan sonraki aşamada farklı bir proje kapsamında bu moleküllerin hayvan deneylerinin yapılması planlanmaktadır.