Caulerpa cylindracea türünden Caulerpinin kolorektal kanser hücreleri üzerine biyolojik etkisi

Abstract

Biyolojik istila, bir türün biyoçeşitliliği, ekolojiyi ve ekonomiyi olumsuz yönde etkileyen yeni bir ortamda başarılı bir şekilde yayılması ve yerleşmesidir. Caulerpa türlerinden elde edilen otuzdan fazla farklı biyoaktif kimyasal mevcuttur ve bu türlerden hâlihazırda kanser araştırmaları için kullanılabilen moleküller mevcuttur. Caulerpin, bu türlerde en çok bulunan sekonder metabolitlerden biridir. Kolorektal kanser en yaygın kanser türlerindendir ve kolorektal kanserin tedavisi için yeni ve etkili kimyasalların kullanılması çok önemlidir. Bu tez çalışmasında caulerpin örnekleri Caulerpa cylindracea örneklerinden izole edilmiş, MALDI-TOF/MS ile karakterize edilmiş, istilacı C. cylindracea özütlerinde bulunan caulerpin düzeyleri HPLC ve HPTLC kullanılarak analiz edilmiş, caulerpin düzeyleri belirlenmiş ve özütler arası farklar karşılaştırılmıştır. Caulerpinin HCT-116 ve HT-29 kolorektal kanser hücre hatlarına karşı antikanser aktiviteleri de test edilmiştir. Kemoinformatik süreçte, Caulerpa türlerindeki sekonder metabolitlerin filtrelenmesi için ADME-Tox ve ilaca benzerlik testleri gerçekleştirilmiştir. ADME testinden seçilen ligandlar, kolorektal için büyük önem taşıyan pentoz fosfat yolunun oksidatif dalındaki enzimlere (glikoz-6-fosfat dehidrojenaz ve 6-fosfoglutarat dehidrojenaz) karşı in-silico moleküler doklama çalışmalarında kullanılmış ve moleküller farmakofor modellemesi yapılarak hizalanmıştır. Moleküler doklama çalışmalarını doğrulamak için moleküler dinamik simülasyonlar yapılmış ve bağlanma serbest enerjileri hesaplanmıştır. HPTLC kullanılarak Caulerpa türlerinde bulunan caulerpin seviyeleri 108,83 ± 5,07 µg/mL ve 96,49 ± 4,54 µg/mL arasında bulunmuştur. Ayrıca, C. cylindracea örneklerinden izole edilen caulerpin, hücre canlılığını konsantrasyona bağlı bir şekilde azaltmıştır (IC50 değerleri 119-179 uM arası). Hücre istilası ve hücre göçünü inhibe etmiş, HCT-116 ve HT-29 hücrelerinde apoptozu indüklemiştir. ADME test sonuçları ile 13 farklı sekonder metabolit potansiyel ligand olarak seçilmiştir. Caulerpinin G6PDH için moleküler doklama sonucu -10.6 kcal/mol ve caulersinin 6PGD için moleküler doklama sonucu -10.7 kcal/mol bulunmuştur. En yüksek ve en düşük serbest bağlanma enerjileri sırasıyla monometil caulerpinate ve caulersin için hesaplanmıştır. HPTLC, Caulerpa ekstraktlarında bulunan caulerpin seviyelerini araştırmak için hızlı ve yeni bir yöntemdir. In-vitro çalışmalar caulerpinin kolorektal kanser için önemli bir fitokimyasal olduğunu göstermektedir. In-silico çalışmalar caulerpin, monometil caulerpinate ve caulersinin pentoz fosfat yolağı enzimlerine karşı etkili olabileceğini göstermiştir.

The biological invasion is the successful spread and establishment of a species in a new environment that adversely affects biodiversity, ecology and the economy. More than thirty different biologically active chemicals are available from Caulerpa species, and there are molecules from these species that can already be used for cancer research. Caulerpin is one of the most abundant secondary metabolites in this species. Colorectal cancer is one of the most common types of cancer, and the use of new and effective chemicals for the treatment of colorectal cancer is of great importance. In this thesis, caulerpin samples were isolated from Caulerpa cylindracea species, characterized by MALDI-TOF/MS, caulerpin levels in invasive C. cylindracea extracts were analyzed using HPLC and HPTLC, caulerpin levels were determined and differences between extracts were compared. Anticancer activities of caulerpin against HCT-116 and HT-29 colorectal cancer cell lines were also tested. In the chemoinformatics pipeline, ADME-Tox and drug-likeness tests were performed to filter out the secondary metabolites found in Caulerpa species. The ligands selected from the ADME test were used in in-silico molecular docking studies against the oxidative branch of the pentose phosphate pathway enzymes (glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phosphoglutarate dehydrogenase), which is of great importance for colorectal, and the molecules were aligned by pharmacophore modeling. To validate the molecular docking studies, molecular dynamics simulations were performed and binding free energies were calculated. Caulerpin levels found in Caulerpa species were found between 108.83 ± 5.07 µg/mL and 96.49 ± 4.54 µg/mL by using HPTLC. Also, caulerpin isolated from C. cylindracea decreased the cell viability in a concentration-dependent manner (IC50 values were found between 119-179 µM). Caulerpin inhibited the cell invasion and migration and induced apoptosis in HCT-116 and HT-29 cell lines. 13 different secondary metabolites were selected as potential ligands by using ADME test results. The molecular docking result of caulerpine for G6PDH was -10.6 kcal/mol and the molecular docking result of caulersin 6PGD was -10.7 kcal/mol. The highest and lowest free binding energies were calculated for monomethyl caulerpinate and caulersin, respectively. HPTLC is a rapid and a novel method to investigate the levels of caulerpin found in Caulerpa extracts. In-vitro studies showed that caulerpin is an important phytochemical for colorectal cancer. In silico studies showed that caulerpin, monomethyl caulerpinate and caulersin could be effective against pentose phosphate pathway enzymes.