Napovedovanje antioksidativne aktivnosti in transmembranskega transporta derivatov pulvinske kisline in kumarinaMartinčič, Rok (Avtor) Novič, Marjana (Mentor) Mravljak, Janez (Komentor) Zega, Anamarija (Član komisije za zagovor) Kikelj, Danijel (Član komisije za zagovor) Novič, Marjana (Član komisije za zagovor) Perdih, Andrej (Član komisije za zagovor) antioksidantipulvinska kislinakumarinderivatiantioksidativna aktivnosttransmembranski transportbilitranslokazaračunalniško modeliranjedisertacijePojav antioksidantnih obrambnih sistemov predstavlja enega največjih evolucijskih dosežkov narave, saj so le-ti omogočili razširitev življenja tudi v okoljih, bogatih s kisikom, kot je površje našega planeta. Antioksidanti so definirani kot substance, ki v nizkih koncentracijah (v primerjavi s substratom, podvrženim oksidaciji), znatno zakasnijo ali preprečijo oksidacijo substrata. Pri iskanju novih potencialnih antioksidantov na osnovi naravnih kemijskih skeletov je Habrant s sod. ugotovili, da pigment iz užitnih vrst gob Xerocomus badius in Pisolithus tinctorus, norbadion A, deluje kot močan antioksidant pod vplivom Fentonove reakcije, UV ali gama žarčenja, odlikuje pa ga tudi zanimiv nov skelet, ki se razlikuje od tradicionalnih naravnih antioksidantov, kot so flavonoidi ali polifenoli. Z namenom, da se vzpostavi jasno razmerje med strukturo in aktivnostjo tovrstnih spojin, so sintetizirali številne derivate pulvinske kisline, nato pa ocenili njihovo antioksidativno aktivnost s testom razgradnje timidina, ki jo povzroči oksidativni stres kot posledica Fentonove reakcije, UV oziroma gama žarčenja. Na podlagi pridobljenih podatkov so razvili modele kvantitativnih odnosov med strukturo in aktivnostjo (»Quantitative structure-activity relationship – QSAR«), ki so kot potencialne antioksidante napovedali tudi derivate kumarina, zato je Wagner s sod. v nadaljnjem delu poleg 79 novih derivatov pulvinske kisline sintetiziral in eksperimentalno ocenil še 23 kumarinskih spojin, pa tudi 9 strukturno manj sorodnih klasičnih antioksidantov. Njihovi pridobljeni eksperimentalni podatki so izhodišče predstavljene doktorske disertacije, v kateri smo se ukvarjali z razvojem robustnih in validiranih modelov za napoved antioksidativne aktivnosti in transmembranskega transporta derivatov pulvinske kisline in kumarina, ter uporabo teh modelov pri iskanju novih antioksidantov, sposobnih prehoda celične membrane. V prvi študiji smo na podlagi podatkovnega niza antioksidantov razvili več QSAR modelov z uporabo različnih metod modeliranja, ki predstavljajo nova in silico orodja, uporabna v iskanju novih antioksidantov. Obenem smo v študiji razvili in predstavili prvo znano metodo za grafično oceno domene uporabnosti (»applicability domain«) QSAR modelov, razvitih z regresijsko metodo podpornih vektorjev (»support vector regression«). V naslednji študiji smo na osnovi izbranih aktivnih derivatov pulvinske kisline razvili farmakoforni model, s katerim smo modelirali prostorsko razporeditev posplošenih kemijskih lastnosti, potrebnih za antioksidativno aktivnost. Skupaj s predhodno razvitimi QSAR modeli smo ga uporabili za virtualno rešetanje knjižnic spojin, pri čemer smo iskali nove antioksidante. Iz komercialnih virov smo izbrali 21 obetavnih spojin za eksperimentalno potrditev njihove antioksidativne aktivnosti s pomočjo štirih in vitro testov. Kar 10 izbranih spojin je izkazalo antioksidativno delovanje v vsaj enem izmed testov; s tem nismo samo odkrili novih antioksidantov, temveč tudi potrdili napovedno moč razvitih računalniških modelov. Za boljšo opredelitev antioksidativne aktivnosti novih spojin smo vzporedno eksperimentalno izmerili tudi aktivnost nekaj standardnih antioksidantov, pri čemer so imele nove aktivne spojine primerljivo, v določenih primerih pa celo večjo antioksidativno aktivnost od standardov, oziroma so učinkovale proti širšemu spektru oksidativnih zvrsti. Četudi je aktivnost pomemben vidik pri načrtovanju učinkovin, pa ni edini pogoj za dejansko biološko aktivnost, saj igra pri tem veliko vlogo tudi biološka uporabnost. Zaradi tega smo se v tretji študiji lotili razvoja QSAR modelov za napoved prehoda spojin preko transmembranskega prenašalnega proteina bilitranslokaze iz superdružine organskih anionskih transporterjev. Izhodišče za izgradnjo modelov so bili eksperimentalni podatki o transportni aktivnosti široke palete majhnih organskih spojin (antocianinov, flavonolov, nukleotidov, nukleozidov, nukleobaz ter razne endogenih spojin, barvil in učinkovin), ki so jih pridobili v številnih preteklih študijah. Te modele smo nato uporabili za napoved transportne aktivnosti 10 novih spojin, ki so v eksperimentalnih testiranjih iz prejšnje študije izkazale antioksidativno aktivnost; modeli so vseh 10 spojin napovedali kot aktivne substrate bilitranslokaze. V okviru doktorske disertacije smo torej razvili nove računalniške modele, tako za napoved antioksidativne aktivnosti spojin, kot tudi za oceno sposobnosti njihovega prehoda preko celične membrane s pomočjo bilitranslokaze, poleg tega pa smo predstavili tudi novo metodo za oceno domene uporabnosti QSAR modelov, razvitih z regresijsko metodo podpornih vektorjev. Razvita računalniška orodja smo uspešno uporabili pri virtualnem rešetanju spojin, saj smo odkrili 10 novih antioksidantov, katerih aktivnost smo potrdili eksperimentalno. Poleg novih računalniških orodij, metod ter novih antioksidantov pa doktorska disertacija predstavlja tudi primer uporabnosti in silico pristopov pri rešetanju in iskanju novih spojin z antoksidativnimi lastnostmi (oziroma pri racionalnem načrtovanju učinkovin nasploh): na osnovi izhodiščnih eksperimentalnih podaktov za manjši niz spojin smo razvili več in silico orodij, ki so nam omogočila racionalen izbor najbolj obetavnih novih antioksidantov, nazadnje pa smo kvaliteto našega izbora z eksperimentalnim ovrednotenjem izbranih spojin tudi potrdili. [R. Martinčič]20152023-01-11 10:12:27Doktorska disertacija143750UDK: 615.015:004.9(043.3)COBISS_ID: 281987840sl