Dihidroorotat Dehidrojenaz'da (DHODH) Allosterinin Hesaplamalı İncelenmesi

Abstract

Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, parazitik protozoan Trypanosoma cruzi'nin (Tc) neden olduğu Chagas Hastalığı (CD), dünya çapında bir pandemi riski taşımaktadır. İhmal edilmiş bir hastalık olan CD, hastalığın kronik fazı için mevcut ilaçların yetersizliği ve Tc tarafından sürekli olarak ilaç direnci geliştirmesi nedeniyle tedavisi için yeni ilaçlara ihtiyaç duyulmaktadır. Pirimidinlerin de novo biyosentezinde kritik bir rol oynayan ve Trypanosoma cruzi'nin çoğalması ve büyümesi için gerekli olan dihidroorotat dehidrogenaz (DHODH) enzimi, potansiyel bir ilaç hedefi olarak belirlenmiştir. Bu tez kapsamında, TcDHODH'yi inhibe etme potansiyeli olan bir molekülün hesaplamalı olarak bulunması amaçlanmaktadır. İlk olarak, DHODH yapılarındaki olası bağlanma bölgelerini tahmin etmek için Temel Bölge Tarama Analizi (ESSA) kullanılmıştır. Bu doğrultuda, TcDHODH'nin inhibisyonu için, yüksek oranda korunan dimerik arayüz bölgesi (DIR) hedeflenmiştir. Bu amaçla, FDA onaylı ilaçların TcDHODH'deki DIR ve ortosterik bölgelerine ve insan (HsDHODH) yapısına karşı sanal taraması, Vina-GPU ve QVina-W kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sanal tarama sonucunda, TcDHODH DIR'ına özgü 89 alosterik bileşik tanımlanmış, farmakoforlar belirlenmiş ve bunlar DIR'a özgü yeni bir kütüphane oluşturmak için farmakofor tabanlı bir taramada kullanılmıştır. Bunun için, 13 milyondan fazla bileşiği içeren ZINC veritabanı, Pharmit sunucusu kullanılarak taranmış ve 3,499 molekül bulunmuştur. Son olarak, bu yeni kütüphane kullanılarak hem TcDHODH hem de HsDHODH'ye karşı kör yerleştirme gerçekleştirilmiş ve TcDHODH DIR'a bağlanan bir aday molekül bulunmuştur. Moleküler yerleştirmeye ek olarak, molekülün kararlılığını analiz etmek için aday molekülün bağlı olduğu TcDHODH ve HsDHODH kompleksleri üzerinde moleküler dinamik simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu tez, ilaç keşfi çalışmaları için kapsamlı ve genel olarak uygulanabilir bir hesaplama stratejisi sunmaktadır.Chagas Disease (CD) is caused by the parasitic protozoan Trypanosoma cruzi (Tc), posing a pandemic risk. CD requires new drugs for its treatment due to the inadequacy of existing drugs for the disease and the development of drug resistance by Tc. The dihydroorotate dehydrogenase (DHODH), which plays a critical role in the de novo biosynthesis of pyrimidines and is necessary for the proliferation of Tc, has been identified as a potential drug target. This thesis aims to computationally identify a molecule that binds to TcDHODH. First, the Essential Site Scanning Analysis (ESSA) was used to predict possible binding sites in DHODH structures. Thus, the inhibition of TcDHODH was aimed at targeting the conserved dimer interface region (DIR). Hence, virtual screening of FDA-approved drugs against the DIR and orthosteric regions in TcDHODH and the human (HsDHODH) structure was performed using Vina-GPU and QVina-W. Virtual screening identified 89 allosteric compounds specific to TcDHODH DIR. Later, pharmacophores were identified and utilized in a pharmacophore-based screening to create a DIR-specific library. Therefore, the ZINC database, which comprises over 13 million compounds, was screened using the Pharmit server, yielding 3,499 molecules. Finally, blind docking was performed against TcDHODH and HsDHODH using the new library, and a candidate molecule that binds to TcDHODH DIR was identified. In addition to molecular docking, molecular dynamics simulations were performed on the hit molecule-bound TcDHODH and HsDHODH complexes to analyze the stability of the molecule. This thesis presents an extensive and generally applicable computational strategy for drug discovery studies.