L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N
Transkript
L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N
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 muratsaracoglu@gmail.com (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 L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N)- Formilheteroaromatik Tiyosemikarbazon Türevlerinin Yapı Aktivite İlişkisinin Elektron Topoloji … 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 F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan 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 L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N)- Formilheteroaromatik Tiyosemikarbazon Türevlerinin Yapı Aktivite İlişkisinin Elektron Topoloji … 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 F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan 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 L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N)- Formilheteroaromatik Tiyosemikarbazon Türevlerinin Yapı Aktivite İlişkisinin Elektron Topoloji … 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 F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan 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 F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan 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 F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan 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 L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N)- Formilheteroaromatik Tiyosemikarbazon Türevlerinin Yapı Aktivite İlişkisinin Elektron Topoloji … 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 F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan 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 Şekil 6. Kontrol bileşiği 5 için aktif özellik FÖ-4. 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 Şekil 5. Kontrol bileşiği 3 için aktif özellik FÖ-3. 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 L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N)- Formilheteroaromatik Tiyosemikarbazon Türevlerinin Yapı Aktivite İlişkisinin Elektron Topoloji … 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 F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan -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 F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan 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 F. Kandemirli, N. Atalay, M. Saraçoğlu, T. Arslan 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 L1210 Lösemi Hücrelerine Karşı α-(N)- Formilheteroaromatik Tiyosemikarbazon Türevlerinin Yapı Aktivite İlişkisinin Elektron Topoloji … 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 #).