L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N

Transkript

Fırat Üniv. Fen Bilimleri Dergisi
21 (2), 139-156, 2009
Fırat Univ. Journal of Science
21 (2), 139-156, 2009
L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N)- Formilheteroaromatik
Tiyosemikarbazon Türevlerinin Yapı Aktivite İlişkisinin Elektron
Topoloji Yöntemi ile İncelenmesi
Fatma KANDEMİRLİa, Nevin ATALAYa, Murat SARAÇOĞLUb ve Taner ARSLANc
a
Kocaeli Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü, Kocaeli
b
Erciyes Üniversitesi, Eğitim Fakültesi İlköğretim Bölümü, Kayseri
c
Osman Gazi Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü, Eskişehir
[email protected]
(Geliş/Received: 24.02.2009; Kabul/Accepted: 10.08.2009)
Özet: L1210 lösemi hücrelerine karşı -(N)-formilheteroaromatik tiyosemikarbazon türevlerinin yapı aktivite
ilişkileri Elektron Topoloji Yöntemi kullanılarak çalışıldı. Moleküler mekanik (MMP2) ve yarı deneysel kuantum
kimyasal hesaplamalarda (AM1) elde edilen veriler kullanılarak elektron topoloji uygunluk matrisi oluşturuldu ve
aktiviteye sebep olan farmakoforlar ve aktiviteyi bozan anti farmakoforlar bulundu. Ayrıca kontrol bileşiklerinin
enerjileri ile HOMO ve LUMO’ya katkısı olan atomik orbitallerin yüzdeleri verildi.
Anahtar Kelimeler: L1210, ETM, Tiyosemikarbazon Türevleri, Lösemi
The Investigation with Electronic-Topological Method of Structure-Activity
Relationships of α-(N) - Formylheteroaromatic Thiosemicarbazone
Analogues Against Leukaemia L1210 Cell
Abstract: Structure - activity relationships (SAR) study was performed for a series of -(N)-formylheteroaromatic
thiosemicarbazone against L1210 leukaemia by using the Electronic-Topological Method (ETM). ElectronicTopological Method (ETM) Electronic-Topological Matrices of Conjunction (ETMCs) were formed by using data
obtained from molecular mechanics and semi-empirical quantum chemical calculations (AM1) and pharmacophores
causing activity and anti-pharmcophores breaking activity was explained. Besides, Coefficients and energies of
HOMO-LUMO orbitals of the series under study were calculated.
Key Words: L1210, ETM, Thiosemicarbazone Derivatives, Leukaemia
1.
Giriş
Kanser, hücrelerin olgunlaşma, bölünme,
çoğalma özelliklerinde ve diğer fonksiyonlarındaki
bütünlüğün ve programlanmanın kaybolması ile
beliren bir hastalıktır. Yani kanser, hücrelerdeki
düzensizlik sonucu ortaya çıkar. Vücudumuzun
hemen her organında meydana gelebilir [1].
Lösemi, kandaki akyuvarların kontrolsüz ve
anormal çoğalması şeklinde beliren habis bir kan
hastalığıdır ve vücuttaki kan üretim sistemini
(lenfatik sistem ve kemik iliği) etkileyen bir kanser
çeşididir [1]. Antitümör ilaç araştırması L.
Brockman ve arkadaşlarının 2-formilpridin
tiyosemikarbazonun farelerde L1210, L4946
lösemiye karşı aktif olduğunun bulunmasıyla
başlamıştır [2]. 1-formilizoquinolinin 22 tane
tiyosemikarbazon türevi sentez edilip hücre
kültürünün in vivo’da fare tümör sisteminin
birçoğuna karşı test edilmiştir. Başlıca test
tümörleri ve L1210 lösemi, Sarcoma 180, L-5178Y
lösemidir [3].
Değerlendirme dahilinde in vitro’da insan
tümörü orijinli ribonükleosit difosfat redüktas
(RDR) enzimine karşı geniş çapta
-(N)formilheteroaromatik tiyosemikarbazon türevlerinin
inhibisyon sürekliliği gösterdiği ve L1210 lösemi
139
L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N)- Formilheteroaromatik Tiyosemikarbazon Türevlerinin Yapı Aktivite İlişkisinin Elektron Topoloji …
hücre kültürünün in vivo da fare neoplasmasının
büyümesinde inhibitör olarak kullanıldığı French
ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmalarda
belirlenmiştir [4].
Shijun ve arkadaşları 30 tane Schiff bazı
hidroksisemikarbaziti
(Ar-CH=NNHCONHOH)
sentez edip L1210 murine lösemi hücrelerine karşı
test ettiler ve 17 tanesin L1210 hücrelerine karşı
hidroksiüreden daha fazla inhibitör aktivitesinin
olduğunu buldular [5]. Üç boyutlu yapı aktivite
ilişkisi çalışmaları mukayeseli moleküler alan
analizi (Comparative molecular field analysis–
CoMFA) ve mukayeseli moleküler benzerlik indis
analizi (Comprative molecular similarity indices
analysis–CoMSIA) metodu kullanılarak, L1210
hücrelerine karşı antitümör aktiviteleri olan
hidroksisemikarbazit Schiff bazları türevlerinin
çalışmaları yapılmıştır [6].
Bu çalışmada L1210 lösemi hücrelerine karşı
-(N)-formilheteroaromatik
tiyosemikarbazon
türevlerinin [4] yapı aktivite ilişkileri: Elektron
Topoloji Metodu (ETM) [7-9] kullanılarak
incelemiştir. Bu bileşiklerin HOMO-LUMO
orbitallerinin katsayıları ve enerjileri bulunmuştur.
2. Materyal ve Metot
2.1. Elektron-topolojik
prensipleri
yaklaşımın
temel
Kalitatif QSAR metotlarının eksiklikleri
biyolojik
aktiviteyi
belirleyen
moleküler
özelliklerin yetersiz tanımından kaynaklanmaktadır. Özellikle metotlar üzerindeki (örneğin DC
metodundaki) uzaysal yapı ve atomik bileşim
tamamen yeterli verilmiş olmasına karşın,
elektronik özelliklerin verilmesi oldukça yetersiz ve
hatta tamamıyla göz ardı edilmiş durumdadır. Bu
durum ise savunulamaz. Çünkü elektronik yapı,
biyoreseptör ile karşılıklı hareket içinde
bulunduğundan molekülün en önemli özelliğini
oluşturmaktadır.
Öte
yandan
elektronik
parametrelerin dahil edildiği yukarıda tartışılan
kantitatif yöntemlerde ele alınan komponentler, tüm
serilerde yapısal olarak benzer olmalarının gerekli
olması nedeniyle fevkalade sınırlıdırlar. Elektrontopolojik QSAR yönteminin amacı daha önceki
QSAR yöntemlerinin eksikliklerini gidermektir.
Böylece (kısmen veya tamamen) moleküllerin
tanımındaki elektronik yapının rolü göz ardı
edilmekte veya sadece benzer yapıdaki komponent
serileri ele alınmaktadır [7].
2.2. ETM sistemine veri oluşturan programlar
Daha önceki çalışmalarda, antibakteriyel
aktivite
özellik
gösteren-(4-aminophenyl)-4substituted-2,4-dihydro-3h-1,2,4-triazole-3-thione
türevlerinin [10], mineralokortisoid bağlanma ilgisi
olan steroid serisinin [11] anti-mikrobakteriyel
aktivite özelliği gösteren 5-aryl-2-thio-1,3,4oxadiazole’ün [12], kanabinoid reseptöre bağlanma
etkisi olan kanobinoid serisinin[13], asetil kolin
esteraz inhibitörlerinin [14], antitimör özelliği olan
bazı hidroksi-semikarbazidlerin [15], yapı aktivite
ilişkisi ETM ile incelenmiştir. Bileşik serisinin
elektron-topolojik
metoduyla
incelenmesinde
izlenen hesap basamakları sırasıyla şunlardır.
Ayrıntılı olarak [10-15] de verilmiştir;
a) Konformasyon analizi,
b) Elektronik yapının belirlenmesi,
c) Elektronik parametrelerin (atomik yükler, bağ
mertebesi, polarlanabilirlik ve HOMO
(LUMO) enerjileri gibi) hesaplanması,
d) Elektron Topolojik uygunluk matrisi (ETMC)
matrisinin oluşturulması,
e) Oluşturulan ETMC matrislerinden elektron
topoloji alt (ETSA) matrislerinin bulunması,
şeklindedir.
Bu çalışmada bileşiklerin elektron-topolojik
metot ile incelenmesi için gerekli olan elektronik
parametreler; semiempirical (yarı deneysel)
metotlardan Austin Model 1 (AM1) metodu ile
hesaplandı. Hesaplanan elektronik parametreler;
HOMO-LUMO enerjileri, molekül orbital (MO)
katsayıları, elektronik enerjiler, yük yoğunluğu,
atomlar arası elektron yoğunluğu, bağ mertebesi,
valens aktivitesi, polarizasyon derecesi, dipol
momenti, bağ enerjisi, bağ uzunluğu ve bağ
mertebesidir.
Her molekül için uygun elektron topolojik
matris (ET Matrix of Congruity, ETMC) olarak
adlandırılan veya daha gelişmiş sürümleri olan
ETMC’nin bir seti (üç boyutlu - the three
dimensional ETMC, TDETMC) oluşturulur.
140
F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan
ETM çalışmasının başlıca adımları aşağıdaki
gibidir.
1. Bütün bileşikler için atom ve bağların uzaysal
ve elektronik karakteristiklerini hesaplamak
2. 3D moleküler grafiği olan her moleküler yapı
için hesaplanan verilerden atom ve bağlar için
sabit karakteristikleri seçerek uygun matrisleri
(ETMC) oluşturmak
3. Herhangi iki matris için atomik ve bağ
karakteristiklerine uygun değerleri mukayese
etme muktedirliği olan bazı kesin değerleri ve
aktivite yorumu için bazı arzu edilen seviyeleri
düzenlemek
4. En aktif bileşikler için ETMC’yi bütün ETMC
ler ile tek tek mukayese ederek sadece bütün
aktif bileşikler için bilinen yapısal fragmentleri
Si (i I) seçmek
5. Olasılık kriterine (Pa) uygun olarak seçilen
farmakofor özellikleri (FÖ) tahmin etmek ve
hesaplama oluşturulmadan önce arzu edilen
seviyeye uygun olanları seçmektir. Bulunan
fragmentler yeteri kadar bilgi verici değilse
bazı başlangıç kümeleri değiştirilir (veya
tamamı) 3-5 adımları tekrarlanır.
α-(N)- formilheteroaromatik tiyosemikarbazon türevlerinden oluşan ikinci seri; 34 aktif, 19
düşük aktiviteli ve 30 inaktif olmak üzere toplam
83 bileşikten oluşmaktadır.
2.3. Aktivite ilişkisi araştırmalarında ETM
Bu bölümde ele alınan seri α-(N)formilheteroaromatik tiyosemikarbazon türevleridir. Değerlendirme dahilinde in vitro’da insan
tümörü orijinli ribonükleosit difosfat redüktas
(RDR) enzimine karşı geniş çapta α-(N)formilheteroaromatik tiyosemikarbazon türevlerinin
inhibisyon sürekliliği gösterdiği ve L1210 lösemi
hücre kültürünün in vivo da fare neoplazmasının
büyümesinde inhibitör olarak kullanıldığı daha
önce yapılan çalışmalarda belirlenmiştir. α-(N)formilheteroaromatik tiyosemikarbazon türevlerinin
yapı iskeletleri Şekil 1’de ve mümkün olan
sübstitüentleri Tablo 1’de verilmiştir [4].
3
N
CH
N
N
H
2
1
4
S
N
5
R1
R1
S
CH
N
6
N
R2
A
3
4
5
R1
6
R2
N
H
B
2
1
O
O
O
S
N
C
141
CH
N
N
H
N
H
H
N
H
6
7
5
4
3
N2
8
R1 9
R1
N
1
N
S
CH
S
CH
N
R2
N
N
N
H
H
D
N
CH
N
N
N 3 R1
4
F
N
H3C
N
N
30
CH
CH
N
N
H
H
N
H
H
H
N N
N
N
N
N
H
H
H
H
26
N
H
S
CH
H
N
N
N
N
N
H
H
H
35
S
H
N
N
S
S
N
H
O
CH3
CH
H
22
CH3
H3C
N
S
S
N2
N
N
H
1
H
E
H
H
N N
CH
2
1
N
S
C
N
CH3
N
54
60
142
N
N
H
H
H
S
CH
N
N
S
N
N
H
H
CH
H
N
N
63
N
N
H
H
66
N
S
S
S
CH
OH
N
N
N
H
H
N
H
CH
73
N
N
CH
N
CH3
H
N
N
N
CH3
H
H
79
H
S
N
S
CH
N
76
N
N
H
N
N
H
H
H
80
S
N
CH
N
N
N
CH3
H
H
83
Şekil 1. İncelenen bileşiklerin genel yapıları.
Tablo 1’de verilen her bir bileşiğin yapı ve
elektronik parametrelerini hesaplamak için
Moleküler Mekanik programlarından MMX ve yarı
deneysel kuantum kimyasal programlarından AM1
programı kullanıldı [16].
Bu hesaplamalardan alınan sonuçlarla,
Elektron Topolojik uygunluk matrisi (ETMC)
oluşturuldu. Her bir ETMC, atomlardaki etkin
yükler (Qij), kimyasal olarak bağlı atomların
Wiberg’s indeksleri (Wij) ve kimyasal olarak bağlı
olmayan atomların optimize bağ mertebelerinden
(Rij) oluşur. Atomların elektronik yükleri, ET
matrisinde köşegen elementlerini oluşturur. Bağ
uzunlukları ve bağ mertebeleri ise matrisin köşegen
olmayan elemanlarını oluşturur. Elektronik
yüklerin ve bağ mertebelerinin birimi elektronik
yük birimi (ē) cinsinden ve atomlar arasındaki
uzaklıklar (Ǻ) cinsinden verildi. Hidrojen
atomunun yükü 0 ve hidrojen atomunun komşu
bağlı atomuyla oluşturduğu bağı bağ mertebesi 1
olduğu zaman, ETMC de karışıklığa neden
olmaması için, H atomlarının her biri ETMC’den
uzaklaştırılır [7].
143
Tablo 1. Çalışılan bileşik serileri ve % T/C değerleri.
Bileşik
No
Yapı
R1
R2
% T/C*
1
B
4-OH
H
268
2
B
4-OCH3
H
213
3
C
H
-
213
4
C
4-Cl
-
201
5
B
4-N(CH3)2
H
179
6
B
4-OOCC(CH3)3
H
178
7
C
2-Cl
-
173
8
B
4-OOCCH2N(CH3)2
H
168
9
B
4-OOCC3H7
H
167
10
B
2-OOCCH3
H
164
11
D
6-F
H
164
12
D
H
H
163
13
F
H
-
162
14
B
4-C2H5
H
160
15
B
4-CF3
H
158
16
B
4-OOCCH2OC2H5
H
158
17
B
4-OOCCH2OCH3
H
153
18
C
2,4,5-triklorür
-
153
19
C
2,4-diklorür
-
152
20
B
4-OOCCH3
H
152
21
B
4-OOCC2H5
N
H
151
S
CH
N
22
N
N
N
H
H
151
H
23
B
4-OOCC6H5
H
150
24
B
4-OC2H5
H
149
25
B
4-CH3
H
146
CH3
H3C
26
N
O
CH3
S
CH
N
N
145
N
N
H
H
H
27
B
4-OH, 6-Cl
H
144
28
B
4-NHCOCH3
H
143
144
29
6-OC2H5
B
H
141
S
CH
N
30
N
N
H3C
N
N
H
H
H
141
6-F
H
140
D
5-OH
H
140
D
6-CF3
H
140
D
9-F
H
140
31
B
32
33
34
S
CH
N
35
N
N
N
N
H
H
H
139
D
8-F
H
139
B
4-F
H
139
38
B
4-Cl
H
139
39
A
H
H
139
40
A
C6H5
H
135
41
D
8-OCH3
H
134
42
A
CH3
CH3
131
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
B
B
D
B
B
B
D
B
B
B
B
4-OC2H4N(CH3)2
4-OOCC15H31
6-NO2
6-CH3
5-CH3
3-CH3
6-OH
4-OCH3
4-Br
5-CH3, 6-OH
3-CH3, 6-OH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
128
127
126
125
125
125
124
124
122
122
122
36
37
CH
H
H
N N
N
H
54
N
S
121
N
55
56
57
58
59
D
B
A
D
D
6-COOH
4-I
CH3
6-CN
7-OCH3
H
H
H
H
H
145
118
114
111
111
111
S
C
N
60
N
CH3
61
62
E
B
N
N
H
H
2-OCH3
4,6- (CH2OCH3)2
110
H
H
109
108
S
CH
N
63
N
64
65
N
N
H
H
6-SO2OH
Piridin
D
A
H
H
H
108
107
107
S
CH
N
66
N
67
68
69
70
71
72
N
N
H
H
C6H5
6-COOH
4-SO2CH3
4-OH
6-Cl
8-OH
A
B
B
B
D
D
H
104
H
H
H
nC4H9
H
H
104
104
104
104
104
104
N
S
S
73
CH
N
N
N
74
75
E
B
103
H
H
H
4-OH
H
Piridin
101
101
S
N
76
CH
N
N
N
CH3
H
H
100
77
B
4-OCH2C6H5, 5-OH
H
100
78
F
3-OH
-
100
146
OH
N
79
N
S
CH
N
100
N
N
CH3
H
H
S
N
80
CH
N
N
N
H
H
H
99
81
A
CH3CH2CH2CH2
H
99
82
E
2-OH
-
95
S
N
83
CH
N
N
N
CH3
H
H
91
*% T/C=(Test edilen/kontrol)100 aktivite için kriter L 1210
Veri Setleri; 83 bileşiğin L1210 murine lösemi
hücrelerine karşı test değerlerine göre aktif, inaktif
ve düşük aktiviteli olarak üç gruba ayrılmıştır.
1. % T/C >140 olan 34 bileşik aktif
2. 140 < % T/C < 122 olan 19 bileşik düşük
aktiviteli
3. % T/C < 121olan 30 bileşik inaktif olarak
kabul edilmiştir.
3.
Sonuçlar ve Tartışma
Aktif olarak alınan 1, 2, 3 ve 5 molekülleri ile
inaktif olarak alınan 72, 81 ve 83 moleküllerinin
HOMO
ve
LUMO
orbitallerinin
dalga
fonksiyonları Tablo 2’de verilmiştir. HOMO ve
LUMO orbitalleri oluşturulurken 0,1’den büyük
katsayılar alındı.
Tablo 2. 1, 2, 3 ve 5 aktif kontrol bileşikleri ile 72, 81 ve 83 inaktif kontrol bileşiklerinin HOMO ve LUMO
orbitallerinin dalga fonksiyonları.
Bileşik
No
Enerji (eV)
EHOMO= -8,84746
1
ELUMO= -0,82316
EHOMO= -8,79793
2
ELUMO= -0,76174
Dalga Fonksiyonları
N1
0,14 PZ
N3
N4
5
C6
0,39 PZ
0,20 PZ
0,28 C
PZ 0,21 PZ 0,17
C11
012
S16
S16
16
0,16 PZ 0,15 PZ 0,36 PX 0,23 PY 0,57 SPZ
N1
2
N4
C5
C6
0,16 PZ
0,32 C
PZ 0,39 PZ 0,34 PZ 0,39 PZ 0,31
10
11
O12
16
0,44 C
0,15 C
0,21 SPZ
PZ
PZ 0,15 PZ
N1
N3
N4
0,14 PZ
0,43 PZ
0,23 PZ
10
0,25 C
PZ
11
O12
0,19 C
PZ 0,18 PZ
N1
2
N4
0,17 PZ
0,33 C
PZ 0,39 PZ
C7
PZ
N8
0,11 PZ
10
0,21 C
PZ
N8
9
0,23 PZ
0,14 C
PZ
5
C6
C7
N8
0,31 C
PZ 0,25 PZ 0,19 PZ 0,13 PZ
9
0,11 C
PZ
17
0,62 SPZ
5
C6
C7
N8
C9
0,35 C
PZ 0,38 PZ 0,30 PZ 0,24 PZ 0,14 PZ
10
C11
O12
17
0,43 C
0,22 SPZ
PZ 0,14 PZ 0,14 PZ
147
C7
PZ
EHOMO= -8,86536
3
ELUMO= -0,93541
EHOMO= -8,33650
5
ELUMO= -0,56095
EHOMO= -8,77689
N1
2
N4
0,45 PZ
0,28 C
PZ 0,38 PZ
ELUMO= -1,23574
EHOMO= -8,71302
81
ELUMO= -0,76855
EHOMO= -8,88088
ELUMO= -1,01577
5
C6
C7
N8
C9
0,31 C
PZ 0,42 PZ 0,28 PZ 0,23 PZ 0,20 PZ
10
C11
C13
S8
0,44 C
PZ 0,18 PZ 0,12 PZ 0,19 PZ
N3
N4
0,32 PZ
0,24 PZ
5
C6
C7
N8
0,22 C
PZ 0,37 PZ 0,19 PZ 0,11 PZ
11
N12
0,31 C
PZ 0,45 PZ
18
0,33 SPZ
0,10 SH 24
N1
2
N4
0,18 PZ
0,36 C
PZ 0,39 PZ
10
0,42 C
PZ
N3
N4
0,35 PZ
0,22 PZ
9
C10
0,25 C
PZ 0,27 PZ
0,13 SH 27
5
C6
C7
N8
0,36 C
PZ 0,35 PZ 0,30 PZ 0,23 PZ
11
N12
0,12 C
PZ 0,17 PZ
9
0,13 C
PZ
18
0,23 SPZ
5
C6
C7
C8
C9
C10
0,24 C
PZ 0,3 PZ 0,14 PZ 0,17 PZ 0,14 PZ 0,31 PZ
11
C12
0,31 C
PZ 0,23 PZ
72
83
N3
N3
25
25
25
0,11 SN3 0,10 PY
0,12 PZ
0,78 SPX
0,50 SPY
0,17 SPZ
13
C14
0,29 C
PZ 0,27 PZ
N1
2
N4
0,17 PZ
0,35 C
PZ 0,40 PZ
16
0,18 O
PZ
20
0,42 SPZ
9
C10
C11
N12
13
0,34 C
0,17 C
PZ 0,40 PZ 0,28 PZ 0,23 PZ
PZ
14
C15
S18
0,40 C
PZ 0,16 PZ 0,23 PZ
N1
N3
N3
N3
5
0,11 PY
0,13 PZ
0,11 C
PX 0,11 S
PY
18
18
18
0,73 SPX
0,53 SPY
0,23 SPZ
N1
2
N4
C5
C6
N7
0,10 PZ
0,20 C
PZ 0,32 PZ 0,24 PZ 0,42 PZ 0,30 PZ
12
12
14
15
S20
0,30 C
0,20 C
0,24 C
0,22 C
PZ
PZ
PZ
PZ 0,14 PZ
0,10
0,12
N3
S
0,10
N3
PY
0,8
N1
2
N4
0,13 PZ
0,24 C
PZ 0,34 PZ
11
0,43 C
PZ
S24
PX
5
C6
N7
0,27 C
PZ 0,40 PZ 0,37 PZ
11
C15
C13
C15
0,29 C
PZ 0,31 PZ 0,24 PZ 0,32 PZ
Tablo 2’de görüldüğü gibi, 1 molekülüne ait
HOMO orbitallerinin dalga fonksiyonu N1, N3, N4,
C5, C6, C7, N8, C10, C11, O12 ve S16 atomlarının Pz
orbitallerinden ve S16 atomunun Px ve Py
orbitallerinden oluşmaktadır. LUMO orbitalleri ise
N1, C2, N4, C5, C6, C7, N8, C9, C10, C11, O12 ve S16
atomlarının Pz orbitallerinden oluşmaktadır (Tablo
2, 1 nolu bileşiğin HOMO ve LUMO dalga
fonksiyonu).
10
0,27 C
PZ
9
C10
0,13 C
PZ 0,24 PZ
24
0,17 SPZ
-(N)-formilheteroaromatik
tiyosemikarbazon türevlerine ait seriden 1, 2, 3, 5 molekülleri
aktif kontrol molekülü olarak, 72, 81 ve 83
molekülleri ise inaktif kontrol molekülü olarak
seçildi.
Şekil 2’de HOMO ve LUMO orbitallerinin ve
bu orbitallere yakın dört orbitalin enerjisi
verilmiştir.
148
Şekil 2. 1, 2, 3, 5, 72, 81 ve 83 bileşiklerinin sınır moleküler orbitallerinin enerjisi.
1 molekülünün HOMO orbitalinin enerjisi -8,85 eV
ve LUMO orbitalinin enerjisi -0,82 eV’dur. 1
bileşiğine benzer şekilde 2, 3, 5, 72, 81 ve 83
bileşiklerinin de HOMO ve LUMO orbitalleri ile
bu orbitallere yakın diğer orbitallerinin enerjileri
Şekil 2’de gösterilmiştir.
3.1. Aktif farmakoforların ET metodu ile
incelenmesi
Aktif bileşiklerden 1, 2, 3 ve 5 molekülleri
kontrol bileşiği olarak seçilmiştir. Kontrol bileşiği
genellikle aktivitesi yüksek olan bileşikler
arasından seçilir ve Kontrol bileşiğinin ETM’si ile
serideki tüm bileşiklerin ETM’si ile karşılaştırılarak
aktiviteye neden olan farmakofor grupları bulundu.
149
Aktif özellik olan farmakofor özellik 1 (FÖ1)’in aktif bileşiklerden olan 1 molekülü kontrol
bileşiği kabul edilerek bulunmuştur. FÖ-1’e uygun
ETSC; tiyosemikarbazon grubuna ait N1, C2, C5,
H14, H15 atomları ve pirimidin grubuna ait N8, C11,
O12 atomları olmak üzere toplam 8 atomdan
oluşmaktadır. Şekil 3’de kontrol bileşiği 1 için aktif
özellik FÖ-1 verilmiştir.
14
1
15
5
12
N1
-0,36
11
C2
1,24
0,19
1
0,08
2
0,22
n1 / n 3
Pa
2
8
C5
4,16
3,61
-0,10
N8
6,40
6,01
2,42
-0,10
C11
7,39
7,16
3,65
1,47
-0,14
23 / 0
O12
8,62
8,74
5,61
3,68
2,46
-0,24
H14
0,89
2,02
5,15
7,39
8,37
9,52
0,26
0,96
H15
0,90
2,08
3,87
5,91
6,78
7,82
1,71
0,24
Şekil 3. Kontrol bileşiği 1 için aktif özellik FÖ-1.
FÖ-1, aktif olarak seçilen 34 bileşikten
23’ünde (Şekil 3’deki n3=23) görülmüştür. İnaktif
olarak seçilen 30 bileşikte ise FÖ-1’e
rastlanmamıştır (Şekil 3’deki n3=0). Dolayısıyla bu
özelliğin gerçekleşme olasılık yoğunluğu 0,96’dır
(Şekil 3’deki Pa). Şekil 3’de tabloda, köşegen sıra
atomların yüklerini (örneğin 12 numaralı oksijen
atomunun yükü (O12) -0,24 ē ve 8 numaralı azot
atomunun atomunun yükü (N8) -0,10 ē), bağ yapan
atomların kesişim yerleri bağ mertebelerini
(örneğin N1 ile H15’in bağ mertebesi 0,90 ē) ve bağ
yapmayan atomların kesişim yerleri ise o atomlar
arasındaki uzaklıkları (örneğin O12 ile H15 atomları
arası uzaklık 7,82 Ǻ) göstermektedir. Şekil 3’deki
ve diğer farmakofor ve antifarmakofor özelliklerin
bulunduğu şekillerdeki Δ1 tablodaki yükler için
(köşegen) ve Δ2 ise bağ mertebeleri ve atomlar
arası uzunluklar için alınan hata paylarıdır. Şekil
3’deki olasılık yoğunluğu Pa ise, Pa=
(n1+1)/(n1+n3+2) şeklinde bulunur.
Ayrıca Şekil 3’den de görüldüğü üzere N1, C2,
C5, N8, C11, O12, H14 ve H15 atomlarının yük
yoğunlukları anılan sıraya göre (Şekil 3’teki
köşegen sıra); -0,36, 0,19, -0,10, -0,10, -0,14, -0,24,
0,26 ve 0,24 ē’dur. Yani N1, C5, N8, C11, O12
atomları negatif yük yoğunluğuna sahipken, C2,
H14, H15 atomları pozitif yük yoğunluğuna sahiptir.
Aktif bileşiklerden olan 2 molekülü kontrol
bileşiği seçilerek, farmakafor özellik 2 (FÖ-2)
hesaplanmıştır (Şekil 4). Bu özelliğe aktif olarak
seçilen 34 molekülden 21’inde (n1) ve inaktif
olarak seçilen 30 molekülden ise 1’inde (n3)
rastlanmıştır. Aktif özellik Δ1= ±0,08 ve Δ2= ±0,22
hassasiyetle hesaplanmıştır.
Şekil 4’den de görüldüğü gibi FÖ-2 N1, C2,
C6, C7, N8, O12 ve H16 atomlarından oluşmaktadır.
N1-C2, N1-H16, C6-C7, C6-N8 atomları komşu
atomlar olup, bağ mertebeleri sırasıyla 1,24, 0,90,
1,35, 1,37 ē’dur. N1 ve N8 atomlarındaki yük
yoğunlukları da sırasıyla -0.36 ē ve -0.10 ē’dir.
FÖ-2 için olasılık yoğunluğu 0,88’dir (Pa).
150
bileşiklerden 23’ünde ve inaktif bileşiklerden ise
1’inde belirlenmiştir. FÖ-4 için olasılık yoğunluğu
0.92’dir. N1-C2, N1-H16, C10-C11 ve N8-C11 atomları
komşu atomlardır ve bağ mertebeleri sırasıyla 1,24,
0,90, 1,24 ve 1,52 ē’dur. Aktif özellik Δ1= ±0,07 ve
Δ2= ±0,20 alınarak hesaplandı (Şekil 6).
1
16
7
2
6
8
12
N1
-0,36
1
C2
1,24
0,19
0,08
2
0,22
C6
5,10
4,85
-0,02
C7
5,00
5,13
1,35
-0,11
n1 / n 3 21 / 1
Pa
N8
6,40
6,01
1,37
2,43
-0,10
O12
8,62
8,74
4,13
3,64
3,70
-0,20
0,88
H16
0,90
2,08
4,56
4,24
5,91
7,81
0,24
7
10
11
Şekil 4. Kontrol bileşiği 2 için FÖ-2.
1
8
16
Aktif özellik olan farmakofor özellik 3 (FÖ3), 3 molekülü kontrol bileşiği alınarak
bulunmuştur (Şekil 5). Aktif olarak seçilen
bileşiklerin 23’ünde bu özellikle karşılaşılmış
olmasına karşın, inaktif olarak seçilen bileşiklerin
sadece 1’inde FÖ-3’e rastlanmamıştır. Farmakofor
grup olarak N4, C6, N8, O12, H23 ve S25 atomları
belirlenmiş ve bu atomlar için yük yoğunlukları
Şekil 5’den de görüldüğü gibi sırasıyla -0,06, 0,01,
-0,12, -0,20, 0,26 ve -0,29 ē olarak bulundu.
2
N1
-0,36
1
C2
1,24
0,19
0,07
2
0,20
n1/ n3
Pa
23 /1
0,92
C7
5,02
5,14
-0,09
N8
6,41
6,01
2,42
-0,10
C10
7,44
7,46
2,43
2,45
0,07
C11
7,40
7,15
2,74
1,52
1,24
-0,13
H16
0,90
2,02
5,94
7,40
8,36
8,37
0,26
23
3.2. İnaktif farmakoforların ET metodu ile
incelenmesi
25
6
4
8
12
N4
-0,06
1
C6
2,43
0,01
0,06
2
0,20
Pa 0,92
N8
3,62
1,36
-0,12
n1 / n 3
O12
6,40
4,13
3,69
-0,20
23 / 1
H23
3,84
6,08
7,39
9,51
0,26
S25
3,85
6,24
7,28
10,25
2,73
-0,29
Aktif 5 molekülü kontrol bileşiği seçilerek
elde edilen farmakofor özellik 4 (FÖ-4), Şekil
6’dan da görüldüğü gibi N1, C2, C7, N8, C10, C11 ve
H16 atomlarında bulunmuştur. FÖ-4, aktif
Farmakofor
gruplarını
daha
hassas
belirleyebilmek için, farmakofor olmayan yani
aktiviteyi bozan gruplarında belirlenmesi gerekir.
Aktiviteyi bozan grupların belirlenmesi işleminde,
referans bileşiklerini düşük aktiviteli gruplar
arasından seçerek kontrol bileşikleriyle diğer
bileşikler arasında bir kıyaslama yapılmıştır. Bu
işlemlerin sonucunda da aktiviteyi bozan gruplar
belirlenmiştir.
Farmakofor olmayan grupları belirleyebilmek
için aktivitesi düşük olan 72 numaralı bileşik
kontrol molekülü olarak seçilmiştir ve bu bileşik
diğer bileşiklerle mukayese edilerek aktiviteyi
bozan gruplar belirlenmiştir. 72 bileşiğinde
aktiviteyi bozan gruplar C2, N3, N4, C10, O16 ve H17
atomları olmak üzere 6 atomdan oluşmaktadır
(Şekil 7).
154
5
13
4
3
10
17
2
2
C2
0,18
C5
2,46
-0,05
Δ1= ±0,08 ve Δ2= ±0,22
n3 / n1 13 / 2 ; Pina 0.82
16
C2
0,19
N3
1,07
-0,28
11
N4
2,42
1,04
-0,06
Δ1= ±0,08
Δ2= ±0,08
n3 / n1 = 19/3 ; Pina = 0,83
C10
4,78
4,18
2,94
-0,20
O16
5,92
5,85
4,87
2,43
-0,25
H17
2,04
0,86
2,06
4,99
6,81
0,26
C11
5,14
6,29
-0,15
C13
6,52
7,51
1,41
-0,10
Şekil 8. Kontrol bileşiği 81 için inaktif özellik
AFÖ-2.
Şekil 7. Karşılaştırma bileşiği 72 için inaktif özellik
AFÖ-1.
Şekil 7’de atomik yük, bağ mertebesi ve bağ
uzunlukları gibi elektron-topolojik parametreler
görülmektedir. N3, N4, C10, O16 atomları negatif yük
yoğunluğuna sahipken, C2 ve H7 atomlarının yük
yoğunlukları pozitiftir. N3-N4, N3-H17, N3-C2
atomları arasındaki bağ mertebeleri sırasıyla 1,04,
0,86,
0,19
e-’dur.
Farmakofor
olmayan
antifarmakofor özellik 1 (AFÖ-1) inaktif olarak
seçilen 30 bileşiğin 19’unda (n3), aktif olarak
seçilen 34 bileşiğin ise 3’ünde (n1) görülmüştür.
Bulunma olasılığı (Pina) 0,83’dür (Şekil 7).
Bulunma olasılık yoğunluğu Pina ise Pina=
(n3+1)/(n1+n3+2) şeklinde bulunur.
Antifarmakofor özellik 2 (AFÖ-2), kontrol
bileşiği 81’den hesaplanmıştır. Bu özelliğe inaktif
bileşiklerden 13’ünde ve aktif bileşiklerden 2’sinde
rastlanmıştır. Bulunma olasılığı 0,82’dir. Δ1= ±0,08
ve Δ2= ±0,22 hassasiyetle antifarmakofor özellik
hesaplanmıştır. Aktiviteyi bozan atomlar C2, C5,
C11, C13 atomlarıdır ve bu atomlarda ki yük
yoğunlukları sırasıyla 0,18, -0,05, -0,15, -0,10 e’dur. C2-C5, C2-C11, C2-C13 atomları arasındaki
uzaklık ise sırasıyla 2,46 Å, 5,14 Å, 6,52 Å’dur
(Şekil 8).
Antifarmakofor özellik 3 (AFÖ-3) ise 83
molekülü kontrol bileşiği seçilerek Δ1= ±0,07 ve
Δ2= ±0,20 hassasiyetinde hesaplanmıştır. Bu
özelliğe 15 inaktif ve 3 aktif bileşikte rastlanmıştır
(Şekil 9).
3
5
15
14
N3
-0,28
C5
2,29
-0,11
Δ1= ±0,07 ve Δ2= ±0,20
n3 / n1 15 / 3 ; Pina 0,80
C14
8,36
6,07
-0,12
C15
8,65
6,43
1,24
-0,12
Şekil 9. Kontrol bileşiği 83 için inaktif özellik
AFÖ-3.
AFÖ-3’ün bulunma olasılığı 0,80’dir. AFÖ-3
N3, C5, C14 ve C15 atomlarından oluşmaktadır. Şekil
9’dan da görüldüğü gibi yük yoğunlukları sırasıyla,
152
-0,28, -0,11, -0,12 ve -0,12 e- olmak üzere, bu
grupta ki tüm atomlarda negatiftir.
Şekil 10’da çalışılan bileşiklerdeki dört
farmakafor özellik ve Şekil 11’de ise üç
antifarmakafor özellik görünümünün karakteristik
sıklıkları grafik olarak verilmiştir.
Şekil 10. Çalışılan seride farmakofor özellik gösteren fragmentlerin sıklık dereceleri.
Şekil 11. Çalışılan seride antifarmakofor özellik gösteren fragmentlerin sıklık dereceleri.
Her iki grafikte de x ekseni aktif ve inaktif
bileşikler sınıfına giren bütün bileşiklerin oranını, y
ekseni ise farmakoforların sıklık oranını gösterir.
Bu da bizim bulduğumuz farmakorların aktif ve
154
inaktif bileşikleri net ve doğru bir şekilde ayırdığını
gösterir (Şekil 10 ve Şekil 11).
Şekil 12’de 1, 51, 56, 69 ve 70 nolu
bileşiklerde aktifliğe ve inaktifliğe neden olan
gruplar gösterilmiştir. Bileşik numaralarının
yanındaki parantez içindeki rakamlar her bir
bileşiğe ait aktivite değerini göstermektedir.
H
S
H
S
N
N
2
1
3
Br
4
N
3
H
N N
H
N N
H
2
1
I 4
C
N
H
56 (114)
H
C
H
51 (122)
H
S
3
HO
2
1
4
N
C
H
N N
H
H
1 (268)
CH3
N
3
HO 4
2
1
N
C
N N
H
H
O
O
O
H
S
O
N
3
2
1
4
N
H
70 (104)
C
N N
H
H
H
69 (104)
Şekil 12. Aktifliğe ve inaktifliğe sebep olan grupların gösterilmesi.
Şekil 12’den de görüldüğü gibi, 1 bileşiğinin
piridin grubuna hidroksil (R1= 4-OH) sübstitüentinin bağlı olduğu yapı en aktif bileşiktir. 1 nolu
bileşikteki, R1 pozisyonunda 4-OH yerine 4-I
bağlanmasıyla oluşan 56 nolu bileşik ya da R1= 4–
SO2CH3 geçmesiyle oluşan 69 nolu bileşikler
inaktif olmaktadır. 1 nolu bileşikte R2 grubundaki –
H yerine CH3CH2CH2CH2- geçmesiyle oluşan 70
nolu bileşik yine inaktif olmaktadır. Çünkü
CH3CH2CH2CH2sübstitüenti
sterik
engel
oluşturmaktadır. Piridin grubuna I bağlanmasıyla
(R1= 4-I) oluşan 56 nolu bileşik ve Br
bağlanmasıyla oluşan 51 nolu bileşik (R1= 4-Br),
56 bileşiğindeki I’a göre daha elektron salıcı grup
olduğu için, piridin halkasını daha fazla aktive
etmektedir. Bu nedenle de 51 bileşiğinin aktivite
değeri 56 bileşiğinden daha yüksek olmaktadır. 69
bileşiğindeki R1= 4–SO2CH3 ise elektron çekici
154
grup olduğu için piridin halkasını deaktive
etmektedir ve aktivite değeri düşmektedir.
Şekil 13’de 1, 2, 5, 6 ve 8 nolu bileşiklerde
aktifliğe neden olan gruplar gösterilmiştir. Bileşik
numaralarının yanındaki parantez içindeki rakamlar
her bir bileşiğe ait aktivite değerlerini
göstermektedir. Şekilden de görüldüğü gibi aktif 1,
2, 5, 6 ve 8 bileşikleri 1 bileşiği referans alınarak
kıyaslanmaktadır. 2, 5, 6 ve 8 moleküllerinin
piridin grubunun 4 pozisyonuna bağlı sübstitüentler
kalabalık olduğu için sterik engel oluşturmakta ve
bu nedenle de 1 bileşiğine göre daha düşük aktivite
değerlerine sahiptirler.
H
S
H
S
N
N
2
3
H H
4
O
1
N
H
N N
H
CH3
N
C
3
2
4
CH3
H
O
H
N N
H
1
C
N
H
5 (179)
2 (213)
H
S
2
3
HO
N
4
1
N
H
N N
H
C
H
1 (268)
H3C
H
H
O
O
H
O
N
N
3
2
1
4
N
C
N N
H
O
H
H
O
CH3
CH3
N
CH3
CH3
C
O
N
N N
H
H
H
6 (178)
H
8 (168)
Şekil 13. Aktifliğe sebep olan grupların gösterilmesi.
grupların
molekül
üzerindeki
etkinlikleri
belirlendi.
Bulunan sonuçlar neticesinde de aktif ve
inaktif bileşiklerin doğru olarak tespit edildiği
görüldü.
4.
Sonuç
Çalışılan
seri
için
farmakafor
ve
antifarmakafor özellik gösteren bileşiklerindeki
karakteristik sıklık oranları tespit edildi ve
bulunan pragnos sisteminin aktif ve inaktif
bileşikleri net ve doğru bir şekilde ayırdığı
görüldü. Bileşiklerin aktivite değerlerinden ve
uzaysal yapılarından yararlanılarak, yapılan
değerlendirmeler
sonucunda
aktifliğe
ve
inaktifliğe neden olan gruplar araştırıldı ve bu
Teşekkür: Bu çalışma Kocaeli Üniversitesi
Araştırma Fonu tarafından desteklenmiştir. Ayrıca
çalışma sırasında desteklerini esirgemeyen Prof
Dr. Anatoly Dimoglu’na teşekkür ederiz.
155
5.
Kaynaklar
1.
Chen, L., Wilson, D., Jayaram, H. N. and
Pankiewicz, K. W. (2007) Dual inhibitors of
inosine monophosphate dehydrogenase and
histone deacetylases for cancer treatment. J. Med.
Chem., 50 (26), 6685–6691.
Brocman, R. W., Thmpson, J. R., Bell, M. J.,
Skipper, H. E. (1956). Observations on the
antileukemic
activity
of
pyridine-2carboxaldehyde
thiosemicarbazone
and
thiocarbohydrazone. Cancer Res., 16 (2), 167170.
French, F. A., Blanz , E. J., Amaral, J. R. D.,
French, D. A. (1970). Carcinostatic activity of
thiosemicarbazones of formyl heteroaromatic
compounds. VI. 1-Formylisoquinoline derivatives
bearing additional ring substituents, with notes on
mechanism of action. J. of Med. Chem., 13 (6),
1117-1124.
French, F. A., Blanz , E. J., Shaddix, S. C.,
Brockman,
R.
W.
(1974).
α-(N)Formylheteroaromatic
thiosemicarbazones.
Inhibition of tumor-derived ribonucleoside
diphosphate reductase and correlation with in
vivo antitumor activity. J. of Med. Chem., 17 (2),
172-181.
Ren, S., Wang, R., Komatsu, K., Bonaz-Krause,
P., Zyrianov, Y., McKenna, C. E., Csipke, C.,
Tokes, Z. A., Lien, E. J. (2002). Synthesis,
biological
evaluation,
and
quantitative
structure−activity relationship analysis of new
Schiff bases of hydroxysemicarbazide as potential
antitumor agents. J. of Med. Chem., 45 (2), 410419.
Raichurkar, A. V., Kulkarni, V. M. (2003).
Understanding the antitumor activity of novel
hydroxysemicarbazide
derivatives
as
ribonucleotide reductase inhibitors using CoMFA
and CoMSIA. J. of Med. Chem., 46 (21), 44194427.
Dimoglo, A.S. (1985). Compositional approach to
electronic structure description of chemical
compounds, oriented on computer analysis of
structure - activity relation. Khim.- Pharm. Zh., 4,
438-444.
Shvets, N. M. (1993). Applied program system
for the prognosys of biological activity of
chemical compounds: development and use.
Comp. Sci. J. Mold., 1, 101-110.
Shvets, N.M. (1997). The study of data and
control flows and the user interface organization
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
156
in an applied system used in chemistry and
medicine for the biological activities prediction.
Comp. Sci. J. Mold., 5, 301-311.
Kandemirli, F., Shvets, N., Unsalan, S.,
Küçükgüzel, I., Rollas, S., Kovalishyn, V.,
Dimoglo, A. (2006). The structure antituberculosis activity relationships study in a
series of 5-(4-aminophenyl)-4-substituted-2,4dihydro-3h-1,2,4-triazole-3-thione derivatives. a
combined electronic-topological and neural
networks approach. Med. Chem., 2: 145-152.
Kandemirli, F., Tokay, N., Shvets, N., Dimoglo,
A. (2003). Electronic-topological study of the
structure - activity relationships in a series of
steroids with mineralocorticoid binding affinity.
Arzneim. Forsh.- Drug Res., 53 (2) 133-138.
Macaev, F., Rusu, G., Pogrebnoi, S., Gudima, A.,
Stingaci, E., Vlad, L., Shvets, N., Kandemirli, F.,
Dimoglo, A., Reynolds, R. (2005). Synthesis of
novel 5-aryl-2-thio-1,3,4-oxadiazoles and its
structure-anti-mycobacterial
activity
study.
Bioorg. Med. Chem., 13, 4842-4850.
Kandemirli,
F.
(2002).
Structure-activity
relationships investigation in a mixed series of
cannabinoids:
the
electronic-topological
approach. Arzneim.-Forsch. Drug Res., 52 (10),
731-739.
Kandemirli, F., Saracoglu, M., Kovalishyn, V.
(2005).
Acetylcholinesterase
inhibitors:
electronic-topological and neural network
approaches to the structure-activity relationships
study. Mini Rev. Med. Chem., 5, 479-487.
Kandemirli, F., Shvets, N., Kovalishyn, V.,
Dimoglo, A. (2006). Combined electronictopological and neural networks study of some
hydroxysemicarbazides as potential antitumor
agents. J. Mol. Graph. Mod., 25 (1), 30-36.
MOPAC: A General Molecular Orbital Package
(Version 6.0), Steward J.J.P. QCPE #).

L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N

Transkript

Benzer belgeler

PPh3 N N N S O CH Ni R CH3

Siemens Miyabi sistemini kullanarak hepatoselüler karsinomanın

Fizik-1 Uygulama-5

çeşitli yöntemlerle kurutulmuş hünnaptan bisküvi ve kurabiyeler için

İNTERNET ÜZERİNDEN EĞİTİM`DE EĞİTİM PLATFORMU