In silico inhibitor design for monoamine oxidase A and B isozymes

Abstract

Bu tez çalışmasında `'Parkinson, Alzheimer ve Depresyon'' gibi hastalıkların meydana gelmesinde önemli rol oynayan MAO enziminin iki izomeri olan MAO-A ve MAO-B izoenzimleri hedef olarak seçilmiştir. Vücuttaki monoaminleri katalize etmekle görevli olan MAO izoenzimleri özellikle bu hastalıklarda göze çarpmaktadır. Bu hastalarda normalden daha fazla çalışarak vücuttaki seratonin, dopamin, nöradrenalin gibi monoaminlerin konsantrasyonunu oldukça düşürdükleri günümüzde açıkça bilinmektedir.Flavin ailesi üyesi olan bu enzimlerin kristalize edilmiş üç boyutlu yapıları insan MAO-A'sı harmine kompleksi ile (2z5x ), insan MAO-B'si ise safinamide kompleksiyle (2v5z) birlikte olmak üzere protein bilgi bankasından alınmıştır.Daha önceki bilimsel çalışmalar göz önünde bulundurularak MAO izoenzimlerinin inhibisyonuna yönelik 105'i r-geometrik izomeri, 105'i s-geometrik izomeri olmak üzere toplam 210 tane ligant bileşiği oluşturulmuştur Bilgisayar destekli yapıya dayalı ilaç tasarımı, enzimlerin aktif bölgesi ile ligantlar arasındaki en düşük enerji konformasyonlarında bağlanma durumlarını ölçmeyi hedefler. Bunu yaparken geliştirişmiş docking metotlarını kullanarak enzimlerin ve ligantların 3 boyutlu yapılarındaki değişkenliklerini de hesaba katar.Bilgisayar destekli docking araçları spesifik algoritmaları sayesinde kendi skor fonksiyonlarını üretir. Böylelikle ligantların hedef enzimlere en düşük konformasyonda bağlanma enerjileri bu skorlar yardımıyla tahmin edilmektedir.. Yaptığımız çalışmada docking simülasyonları Autodock 4.2 ve Accelryss 3.1 libdock programları ile gerçekleştirildi.Autodock 4.2 programıyla yapılan çalışmalar sonunda ölçülen Ki değerleri olumlu sonuçlar vermiştir. Ayrıca her iki docking simülasyonunda incelenen ligant bileşikleri 1d3r,1a3r,1a6r MAO-A izoenzimiyle eşleşmede ve 2d1r, 1d6s, 1d3s ve 3b4r ligant bileşikleri ise MAO-B izoenzimiyle eşleşmede oldukça yüksek sonuçlar vermiştir. Bu ligantlar MAO enzimleri için inhibitör adayı olduklarını gösterirler ve gelecek çalışmlara ışık tutabilirler.

In this thesis study, MAO-A and MAO-B isozymes are selected as target enzymes that have important role of regulation ofdiseasessuch as `?Parkinson, Alzheimer and depression??. MAO isozymes which catalyze the oxidation of monoamines in the body stand out in these diseases. Today explicitly known that MAO enzymes oxidize the neurological amines such as serotonine, dopamine, neuroadrenaline more than usual way and result in the reduction of the level of these important monoamines creating disease state.Three-dimensional structures of cloned human MAO-A compexed with harmine ligand (2z5x) and human MAO-B complexed with safinamide(2v5z) are taken from protein data bank. Both isoforms contain flavin molecule as cofactors.Taking into consideration of the previous studies, 210 new ligands are created. Of these ligands 105 are the R stereoisomers and the other 105 are S stereoisomers.The objective of this study is to use computer-aided drug design (CADD) methods based on structure-based drug design. As a result we obtained the best orientation of these ligands in the active site of both isozymes. Using of improved docking methods the lowest possible binding energy and the poses of the ligands in the enzyme complex are scored.Docking programs exploit their own scoring functions by specific algorithms. Hereby, binding energies of target enzyme and ligands are estimated at the lowest energy conformations by these scoring functions. In this study, docking simulations are performed by Autdock 4.2 and Acceleryss 3.1 libdock programs.Evaluation of docking studies by Autodock 4.2. suggested us the results generated are very reasonable Ki values. The results of both docking simulation methods showed us the ligands 1d3r, 1a3r and 1a6r are effectively inhibit MAO-A isozymewhereas ligands 2d1r,1d6s, 1d3s and 3b4r selectively inhibit MAO-Bisozyme. In conclusion, these inhibitorsare very important candidates for MAO enzyme and may lead the future studies.