Preučevanje mehanizmov antikarcinogenega in nevroprotektivnega delovanja naravnih polifenolnih spojin : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2022

Antikarcinogeni   antikarcinogeno delovanje   Disertacije   doktorske disertacije   inverzno molekulsko sidranje   kvantna mehanika   molekularni mehanizmi   molekulska dinamika   naravni polifenoli   nevroprotektivno delovanje   Polifenoli   prostoenergijski izračuni

Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Namen doktorske disertacije je z uporabo inovativnih računalniških pristopov preučiti in pojasniti slabo raziskane molekularne mehanizme antikarcinogenega in nevroprotektivnega delovanja naravnih polifenolnih spojin v vlogi preprečevalcev nastanka raka ter v vlogi zaviralcev napredovanja karcinogeneze in Alzheimerjeve bolezni.V prvem delu doktorske disertacije smo z uporabo kvantomehanskih simulacij obravnavali polifenol 6-gingerol in tripeptid glutation v vlogi lovilcev devetih genotoksičnih kemijskih karcinogenenov ter tako kot prvi omogočili dragocen vpogled v pripadajoče geometrije reaktantov in prehodnih stanj, ki potrjujejo veljavnost predpostavljenega SN2 reakcijskega mehanizma. Predstavljena kvantnomehanska metodologija ima velik potencial, da postane standardno orodje za napovedovanje kemozaščitnega potenciala številnih polifenolnih spojin v vlogi lovilcev kemijskih karcinogenov epoksidnega tipa.V drugem delu doktorske disertacije smo s kvantnomehansko obravnavo ksantohumola iz hmelja in njegovih derivatov izoksantohumola, 8-prenilnaringenina in 6-prenilnaringenina v vlogi lovilcev aflatoksin B1 ekso-8,9-epoksida razkrili povezavo med strukturo in antikarcinogeno aktivnostjo izbranih prenilflavonoidov ter potrdili veljavnost predpostavljenega SN2 reakcijskega mehanizma. Znižanje z aflatoksinom B1 inducirane citotoksičnosti in genotoksičnosti je bilo potrjeno tudi in vitro na celicah človeškega hepatoma HepG2 po dodatku ksantohumola. V tretjem delu doktorske disertacije smo razvili popolnoma nov protokol za inverzno molekulsko sidranje, s pomočjo katerega je mogoče identificirati zožen nabor najbolj verjetnih tarčnih človeških proteinov izbrane polifenolne spojine. Na podlagi afinitete izbranega polifenola kurkumina za vezavo na specifične človeške proteine, ki sodelujejo v onkogenih in nevrodegenerativnih signalnih kaskadah, smo kot prvi uspešno razkrili mehanizme njegovega antikarcinogenega in nevroprotektivnega delovanja. Predstavljeni protokol inverznega molekulskega sidranja ima velik potencial v farmacevtskih aplikacijah, saj gre za univerzalen pristop, s pomočjo katerega lahko predvidimo proteinske tarče in pojasnimo že opažene ter napovemo nove potencialne biološke učinke izbranih spojin vodnic. V četrtem delu doktorske disertacije smo z uporabo molekulskega sidranja, simulacij molekulske dinamike in prostoenergijskih izračunov preučevali štiri prehranske polifenole kot potencialne inhibitorje encima fosfodiesteraza 4D, ki predstavlja validirano terapevtsko tarčo za zdravljenje Alzheimerjeve bolezni. Izračunane vezavne proste energije potrjujejo, da kurkumin, 6-gingerol, kapsaicin in resveratrol predstavljajo potencialne inhibitorje encima fosfodiesteraza 4D, pri čemer ima kurkumin največji inhibitorni potencial. S kombiniranim računalniškim pristopom smo tako prvič dobili mehanistični vpogled v povezavo med strukturo in nevroprotektivnim delovanjem štirih preučevanih polifenolov, ki je eksperimentu nedosegljiv.V petem delu doktorske disertacije smo predstavili ekstrakcijske, destilacijske in karakterizacijske metode za pridobivanje visoko kvalitetnih bioaktivnih ekstraktov, eteričnih olj in posameznih polifenolnih spojin iz rožmarina ter metode za določanje njihovega antioksidativnega, antimikrobnega, protivnetnega in antikarcinogenega potenciala. S temeljitim pregledom obstoječih raziskav in z usmeritvami za nadaljnje raziskave smo postavili temelje za uspešne aplikacije ekstraktov, eteričnih olj ter številnih polifenolnih spojin iz rožmarina v farmacevtski in prehranski industriji.Trdno verjamemo, da v doktorski disertaciji predstavljeni in silico pristopi in razkriti inhibitorni mehanizmi tvorijo izhodišče za hitrejši in cenejši razvoj novih funkcionalnih prehranskih dopolnil in zdravil za preprečevanje in zdravljenje raka ter Alzheimerjeve bolezni s potencialno širšim terapevtskim oknom in manjšimi stranskimi učinki.

07.08.2023