5-Lipoksijenaz 5-LOX ve FLAP inhibitörleri Enflamatuvar ve kardiyovasküler hastalıklarda etkili olabilecek yeni bileşiklerin moleküler modelleme yöntemleriyle tasarımı sentezi ve aktivitelerinin incelenmesi


Banoğlu E. (Yürütücü) , Çalışkan B.

TÜBİTAK Projesi, 2008 - 2011

  • Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
  • Başlama Tarihi: Eylül 2008
  • Bitiş Tarihi: Eylül 2011

Proje Özeti

5-Lipoksijenaz (5-LOX), araşidonik asitten (AA) lökotrien (LT) biyosentezinde ilk basamağı katalizleyen enzimdir. Bu basamak AA’in 5-LOX enzimi tarafından kullanılabilmesine yardımcı bir protein, “5-LOX aktive edici protein (FLAP)” varlığında gerçekleşir. LT’ler enflamasyon ve alerjik hastalıkların patofizyolojisinde önemli rol oynayan mediyatörler olup, 5-LOX yolağının ateroskleroz, kanser, osteoporoz ve nörolojik hastalıklarda da önemli rol oynadığı gösterilmiştir. Bu sebeple, 5-LOX enzimi ve FLAP yardımcı proteini erken basamakta LT biyosentez inhibisyonu gerçekleştirilerek antilökotrien tedavi gerektiren hastalıklar için önemli birer ilaç hedefi haline gelmiştir. LT biyosentezini engellemek amacıyla 5-LOX ve FLAP proteinlerini hedef alan inhibitör geliştirme çalışmaları sınırlı sayıda olup, sentezlenen 5-LOX inhibitörleri etki mekanizmalarına göre üç farklı sınıfta karşımıza çıkmaktadır: a) redoks inhibitörleri, b) demir ile kelat yapan inhibitörler ve c) aktif bölge için AA ile yarışan kompetitif non-redoks inhibitörler. Bu çalışmaların sonucunda geliştirilmiş ve bugün klinikte kullanılan tek 5-LOX inhibitörü bileşik Zileuton olup, demir ile kelat yapan mekanizma ile etki göstermektedir. Astım tedavisi için kullanılan bu ilaç molekülünün, kronik enflamatuvar hastalıkların tedavisinde etkinliği düşük olup, çeşitli yan etkilerinden dolayı klinikte kullanımında zorluklarla karşılaşılmaktadır. Redoks aktivitesi olan inhibitörler ve demir ile kelat yaparak etki gösteren inhibitörlerin en önemli dezavantajları diğer biyolojik redoks reaksiyonlarını da engellemeleri ve 5-LOX enzimi için seçici olmamalarıdır. Non-redoks inhibitörlerinin ise 5-LOX enzimi için seçiciliği yüksek olmakla beraber, inhibitör etkinlikleri sıklıkla peroksit seviyesi tarafından etkilenmektedir. Bu sebeple, 5-LOX yolağını hedefleyen ve daha önce geliştirilen moleküllerin dezavantajlarına sahip olmayan etkin moleküllere halen ihtiyaç vardır. 5-LOX proteininin kristal yapısının henüz belirlenmemiş olması, FLAP proteinin kristal yapısının ise çok yeni açıklanmış olması nedeniyle her iki protein için çok kısıtlı sayıda yapı-aktivite çalışması mevcuttur. Özellikle yayınlanmış 5-LOX inhibitör çalışmaları kıyaslandığında, geliştirilen bileşiklerin test edildikleri deneysel yöntem ve şartlar arasındaki farklılıklar nedeniyle anlamlı bir yapı-etki ilişkisi literatür verilerinden çıkarılamamaktadır.  Bu nedenle, 5-LOX ve FLAP proteinlerinin aktif bölgelerinin yapısal özelliklerinin ve farklılıklarının anlaşılması, etkin inhibitörlerin geliştirilebilmesi için çok önem taşımaktadır. Bu bilgilere dayanarak başlattığımız ön çalışmalarımızda 1,5-diarilpirazol ana yapısını taşıyan bir seri bileşik sentezi gerçekleştirilmiş ve 5-LOX inhibitör aktivite gösteren 3-(1-(6-kloropiridazin-3-il)-5-p-tolil-1H-pirazol-3-il)propanoik asit türevi (TEP42, IC50=14 µM) bu projedeki ileri çalışmaların temelini oluşturmak üzere öncü bileşik olarak seçilmiştir. TEP42’nin 5-LOX enzimi ile nasıl etkileştiğini anlayabilmek için, enzimin 3 boyutlu yapısı homoloji modelleme teknikleri ile oluşturulmuştur. Aynı zamanda FLAP proteininin mevcut kristal yapısı aktif bölgesi ile yine TEP42 molekülünün etkileşim parametreleri incelenmiştir. Literatür bilgileri ve bu ön veriler ışığında, proje ekibimiz kendi bileşik koleksiyonumuzu oluşturarak ve yanı sıra mevcut ücretsiz bileşik kütüphanelerinden yararlanarak yeni 5-LOX ve/veya FLAP inhibitörlerinin geliştirilmesini amaçlamaktadır. Kendi bileşik kütüphanemizi oluşturmak için, 1,5-diarilpirazol ana yapısını taşıyan yeni türevlerin tasarımı, sentezi ve biyolojik aktivitelerinin test edilmesi gerçekleştirilecek ve moleküler modelleme çalışmalarını desteklemek amacıyla küçük molekül kütüphanesi tamamlanacaktır. Eş zamanlı olarak yapılacak ve sentezlenen bileşiklerin biyolojik ön çalışma sonuçlarını kullanacak moleküler modelleme çalışmaları sonucu, 5-LOX ve FLAP proteinleri için farmakofor model geliştirilip ve literatürde mevcut bileşikler ile kendi bileşik kütüphanemizi kullanarak üç boyutlu yapı-etki çalışmaları gerçekleştirilecektir. Bu şekilde tamamlanacak hem “hedef-temelli“ hem de “ligand-temelli” moleküler modelleme çalışmaları ile elde edilecek veriler; a) yeni 5-LOX ve FLAP inhibitörlerinin tasarımı ve optimizasyonu için, b) bilinen 5-LOX ve FLAP inhibitörlerine göre biyoyararlanım avantajları olabilecek farklı kimyasal yapıda yeni inhibitör kemotiplerinin belirlenmesini sağlayacak “sanal tarama protokollerinin” geliştirilmesi için kullanılacaktır. Çalışmalar sonucunda kronik enflamatuvar, kardiyovasküler ve kanser hastalıklarının tedavisi için aday moleküllerin keşfedilmesine yönelik sonuçlar elde edilecektir ve bu hastalıkların tedavisinde yeni terapötik yaklaşımların geliştirilmesinde faydalı olacaktır. Örneğin, terapötik değeri olan yöntemlerin bulunmasında giderek yaygınlaşan yeni eğilimler arasında, dual aktiviteli hibrit moleküllerin geliştirilmesi yer almaktadır (dual 5-LOX/COX inhibitörleri ve dual 5-LOX/H1 antagonistleri gibi). Bu sebeple, 5-LOX ve FLAP aktif bölgeleri için tipik farmakofor yapının belirlenmesini sağlayacak proje sonuçlarımız tek başına 5-LOX inhibitörlerinin geliştirilmesinde kullanılacağı gibi ayrıca dual aktiviteli etkin hibrit moleküllerin tasarlanmasında da kolayca kullanılabilecektir. Gazi, Parma ve Tubingen Üniversiteleri çalışanlarından oluşan proje ekibimiz medisinal kimya, moleküler modelleme ve biyolojik çalışma alanlarında uzman üyelerden oluşmakta olup, proje deneylerini 36 aylık bir süre içerisinde tamamlayarak planlanan hedeflere ulaşmayı amaçlamaktadır.