İlaç yeniden konumlandırma yaklaşımıyla SARS-CoV-2 virüsüne karşı ın vitro yöntemlerle ilaç tasarımı
Drug design against SARS-CoV-2 virus via drug repurposing by using in vitro methods
- Tez No: 875696
- Danışmanlar: PROF. DR. MAHMUT ÇALIŞKAN, DOÇ. DR. ŞEREF GÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
SARS-CoV-2 virüsünün neden olduğu COVID-19 hastalığı, Aralık 2019'da Çin'in Wuhan şehrinde ilk kez tespit edildikten kısa bir süre sonra dünya genelinde bir pandemi haline geldi. Güncel verilere göre ~675 milyon kişi enfekte olmuş ve ~7 milyon kişi hayatını kaybetmiştir. COVID-19 salgını, hemen hemen tüm ülkelerin ekonomik ve sosyal hayatını olumsuz bir şekilde etkilemiştir. Dünya çapında alınan çeşitli önlemlerle salgın kontrol altına alınmaya çalışılsa da, yeni vaka artışları ve hastalığın olumsuz etkileri devam etmektedir. Salgını kontrol altına almak için yaygın aşılama çalışmaları yapılmıştır, fakat aşıların saklama koşulları, ekonomik kısıtlamalar ve aşı tereddütleri gibi nedenler dünya genelinde aşılamada zorluklar oluşturmaktadır. Etkin aşılama yapılıncaya veya SARS-CoV-2'ye karşı etkin bir ilaç geliştirilinceye kadar salgının devam edeceği öngörülmektedir. Belirlenen gen dizilimine göre; yaklaşık 30000 baz olan SARS-CoV-2 genomu, iki poliprotein (ORF1a ve ORF1b), dört yapısal protein ve yardımcı proteini kodlayan genlerden oluşmaktadır. Viral genom çoğaldığında; ORF'lerinden sentezlenen poliproteinler, yine bu poliproteinlerin içerisinde bulunan 3C-benzeri proteaz (3CLpro) ve papain-benzeri proteaz (PLpro) tarafından uygun bölgelerden kesilerek yapısal olmayan proteinler açığa çıkarmakta ve virüsün yaşam döngüsü devam etmektedir. Bu sebeple, bu iki proteaz virüsün yaşam döngüsü için kritik öneme sahiptir ve insanlarda benzeri olmadığı için ilaç tasarım çalışmalarında güvenli ve kritik hedefler olarak karşımıza çıkmaktadır. Yeni ortaya çıkan hastalıklar için ilaç geliştirme süreleri ve maliyetleri oldukça yüksektir. Bu nedenle, FDA tarafından onaylanmış ilaçların, COVID-19 gibi yeni çıkan hastalıklarda, ilaç yeniden konumlandırma yaklaşımı, ilaç geliştirme süreçlerinde zaman ve maliyet tasarrufu sağlamaktadır. Bu proje kapsamında, yaygın kullanımda olan FDA onaylı ilaçlardan düşük dozlarda etkinliğe sahip SARS-CoV-2 inhibitörü bulunması hedeflenmiştir. Hesaplamalı çalışmalar yardımıyla, 3CLpro'nun aktif bölgesine yüksek bağlanma enerjisine ve bu proteazın inhibitörü olma potansiyeline sahip 27 FDA onaylı ilaç belirlenmiştir. Bu ilaçların sitotoksik aktivitesi xCELLigence sistemi kullanılarak analiz edildikten sonra, in vitro 3CLpro enzimatik aktivite ile test edilerek IC50 değerleri belirlenmiştir. Sinerjistik etkileri olan ve dolayısıyla daha düşük dozlarda yüksek etkinliğe sahip ilaçları belirlemek için ikili kombinasyon denemeleri yapılmıştır. Bu aşamada belirlenen ilaç ve ilaç kombinasyonları SARS-CoV-2'nin en çok hasar bıraktığı akciğer (Calu-3) ve bağırsak (Caco-2) hücrelerinde SARS-CoV-2'nin kopyalanmasını inhibe etmesi üzerine etkisi, enfekte etmeyen ve raportör LUC ve GFP genleri taşıyan SARSCoV-2 genomaltı replikonu kullanılarak belirlenmiştir. In vitro ortamda 3CL pro'nun enzimatik aktivitesi üzerinde amsinonid, eltrombopag, lumakaftor, kandesartan ve nelfinavirin ilaç moleküllerinin µM seviyede inhibitör etkinliğine sahip olduğu belirlenmiştir. Lumafaktor SARS-CoV-2 replikasyonunu Caco-2 bağırsak ve Calu-3 akciğer hücrelerinde, sırasıyla 964 nM ve 458 nM IC50 değeri ile inhibe etmiştir. Kandesartan ilaç molekülü de 714 nM (Caco-2 hücrelerinde) ve 1.05 µM (Calu-3 hücrelerinde) IC50 değeri ile SARS-CoV-2 replikasyonunu inhibe etmiştir. Amsinonid, pimozide, eltrombopag ve nelfinavir tek denemelerinde SARS-CoV-2'nin akciğer ve bağırsak hücrelerinde ~2-5 µM IC50 değerleri arasında replikasyonunu engellemiştir. Hücre hatlarında ikili kombin denemelerde kandesertan µM seviyesinde kullanıldığında amsinonid, pimozide, lumakaftor ve eltrombopag nM seviyesinde SARS-CoV-2 inhibitörü olarak davranmıştır.
Özet (Çeviri)
COVID-19 disease caused by the SARS-CoV-2 virus, became a worldwide pandemic shortly after it was first detected in Wuhan, China in December 2019. According to recent reports, ~675 million people were infected and ~7 million lost their life. COVID-19 pandemic has negatively affected the economic and social life of almost all countries. Despite various strict precautions around the world to stop the spread of the disease, an increasing number of new cases have been reporting and hence the negative effect of the disease persists. Common vaccination efforts have been made to control the pandemic, but there are difficulties in vaccination worldwide due to reasons such as storage conditions of vaccines, economic constraints and vaccine hesitancy. It has been predicted that the pandemic will last till either achieving the common vaccination or discovering an anti-SARS-CoV-2 drug. According to the gene sequence, the SARS-CoV-2 genome, which is approximately 30000 bases, consists of genes encoding two polyproteins (ORF1a and ORF1b), four structural proteins and auxiliary proteins. When the viral genome replicates, the polyproteins synthesized from ORFs are cut at appropriate sites by 3C-like protease (3CLpro) and papain-like protease (PLpro), which are also present in these polyproteins, releasing non-structural proteins and continuing the life cycle of the virus. This proteases are very cruical enzymes for the viral life cycle and since there is no similar proteases in humans, it is critical and safe target for anti-viral drug discovery. Since the drug discovery process is very time-consuming and expensive, drug repurposing of FDA-approved drugs against emergent diseases such as COVID-19 let to save time and money. Within the scope of this project, it is aimed to find SARS-CoV-2 inhibitor that is effective at low doses from FDA-approved drugs in widespread use. With the help of computational studies, 27 FDA-approved drugs with high binding energy to the active site of 3CLpro that have potential to be inhibitors of this protease were identified. After analyzing the cytotoxic activity of these drugs using the xCELLigence system, their IC50 values were determined by testing with in vitro 3CLpro enzymatic activity. Dual combination trials were conducted to identify drugs with synergistic effects and thus high activity at lower doses. The effect of the drugs and drug combinations identified at this stage on the inhibition of SARS-CoV-2 replication in lung (Calu-3) and intestinal (Caco-2) cells most damaged by SARS-CoV-2 was determined using non-infectious SARS-CoV-2 sub-genomic replicon containing LUC and GFP reporters. It was found that amcinonide, eltrombopag, lumacaftor, candesartan, and nelfinavir exhibited inhibitory activity at the µM level against the in vitro enzymatic activity of 3CL pro. Lumacaftor inhibited SARS-CoV-2 replication in Caco-2 intestinal and Calu-3 lung cells with IC50 values of 964 nM and 458 nM, respectively. Candesartan also inhibited SARS-CoV-2 replication, with IC50 values of 714 nM (in Caco-2 cells) and 1.05 µM (in Calu-3 cells). In individual trials, amcinonide, pimozide, eltrombopag, and nelfinavir inhibited SARS-CoV-2 replication in lung and intestinal cells at IC50 values of approximately 2-5 µM. When used in dual combination experiments in cell lines, amcinonide, pimozide, lumacaftor, and eltrombopag acted as SARSCoV-2 inhibitors at the nM level, when candesartan was used at the µM level.
Benzer Tezler
- Parkinson hastalığında protein-protein etkileşim temelli ilaç yeniden konumlandırma yaklaşımlarıyla yeni ilaç hedefi adaylarının belirlenmesi
Identification of novel drug targets for Parkinson's disease by protein-protein interaction based drug repositioning approaches
İSA YÜKSEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
BiyoistatistikGebze Teknik ÜniversitesiBiyoinformatik Sistemler Biyolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUNAHAN ÇAKIR
- Systems biological analysis of pathogen-host protein-protein interactions and the related drug-protein interactions to identify potential drugs for repurposing against infectious diseases
Patojen-konak protein-protein etkileşimlerinin ve ilgili ilaç-protein etkileşimlerinin enfeksiyon hastalıkları için yeniden konumlandırma adayı potansiyel ilaçları belirlemek için sistem biyolojisi yaklaşımıyla analizi
GAMZE YAZGELDİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyoistatistikGebze Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİHA DURMUŞ
DOÇ. DR. TUNAHAN ÇAKIR
- Melanom ve yaşlanma için gen ekspresyon verilerinden faydalanarak ortak mekanizmaların keşfedilmesi ve bunlara yönelik ilaç önerileri
Discovering common mechanisms and drugs for melanoma and aging based on gene expression data
EDANUR AKARSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Biyomühendislikİstanbul Medeniyet ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİHA ECE ACUNER
- İlaç yeniden konumlandırma yaklaşımı ile alfa tübülin asetilasyonunu arttırabilecek bileşiklerin araştırılması
Investigation of compounds inducing alpha tubulin acetylation by drug repurposing approach
ÖZGE ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Tıbbi BiyolojiHacettepe ÜniversitesiTıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GAMZE BORA
- İlaç yeniden konumlandırma ile belirlenen aday ilaçların akut myeloid lösemi hücrelerinde proteazom inhibitörü ile kombinasyon tedavisinin incelenmesi
Investigation of combination therapy of candidate drugs identified by drug repositioning with proteasome inhibitör in acute myeloid leukemia cells
NALAN SÜMEYRA KORKMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyokimyaMarmara ÜniversitesiTıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BETÜL YILMAZ
PROF. DR. KAZIM YALÇIN ARĞA