Küçük Moleküllerden Hedef Proteine: SwissTargetPrediction ile Protein Hedeflerinin Belirlenmesi

SwissTargetPrediction, 2014'ten beri çevrimiçi olan ve küçük moleküllerin en olası protein hedeflerini tahmin etmeyi amaçlayan bir web aracıdır. Tahminler, tersine tarama yoluyla benzerlik prensibine dayanmaktadır. 2019 versiyonu; temel veriler, arka yüz (backend) ve web arayüzü açısından büyük bir güncelleme sunmaktadır. Biyoaktivite verileri güncellenmiş, model yeniden eğitilmiş ve benzerlik eşik değerleri yeniden tanımlanmıştır. Yeni versiyonda tahminler, daha geniş bir (376.342 bileşikten oluşan) bileşik kütüphanesi ve genişletilmiş 3068 makromoleküler hedef seti üzerinde deneysel olarak aktif olduğu bilinen benzer moleküllerin 2 ve 3 boyutlu olarak aranmasıyla gerçekleştirilmektedir (1).

Verimli arka yüz (backend) uygulaması, insan proteinleri üzerinde ilaç benzeri bir molekül için sonuçların 15–20 saniyede döndürülmesini sağlamaktadır. Yenilenen web arayüzü, kolay giriş ve gelişmiş analiz için yeni özelliklerle kullanıcı deneyimini artırmaktadır. Daha geniş biyolojik ve kimyasal alanların keşfedilmesi gerekmesine rağmen bu araçta yüksek düzeyde öngörü performansı korunmuştur. Örneğin, bileşiklerin %70'inden fazlası için en az bir doğru insan hedefinin ilk 15 tahmin arasında yer alması sağlanmıştır. SwissTargetPrediction web sunucusuna http://www.swisstargetprediction.ch/ sitesi kullanılarak erişilebilmektedir (1).

Bu örnek uygulamada iki molekül (biri SwissTargetPrediction web sunucusundaki örnek molekül olan Triclosan ve diğeri doğal ürün temelli molekül olan limonen) kullanarak bu moleküllerin hedefi olarak değerlendirilebilecek proteinlerin tahmini sağlanacaktır.

1. Adım: SwissTargetPrediction web sunucusuna yukarıda verilen link ile ulaşılır.

Şekil 1. SwissTargetPrediction Web Sunucusu Ana Ekranı.

2.Adım: Öncelikle "Select a species" sekmesi altından Homo sapiens seçilir. Daha sonra Examples sekmesi altından Triclosan molekülü seçilir ve ardından "Predict targets" butonuna basılır.

Şekil 2. SwissTargetPrediction Web Sunucusu Örnek Molekül Girişi.

3.Adım: Triclosan molekülüne ait sonuçlara bakılarak tahmin edilen protein hedefleri incelenir.

Şekil 3. Triclosan Molekülüne ait Sonuç Ekranı.

Sonuçlarda Probability kolonu altındaki yeşil bar ne kadar dolu ise o molekül için belirlenen proteinin hedef olma ihtimali o kadar da yüksektir. Örneğin Triclosan molekülü için, Karbonil redüktaz [NADPH] 1 proteininin (en yüksek olabilirliğe sahip olan) hedef olabileceği sonucuna varılabilir.

4. Adım: Aynı adımlar doğal ürün kaynaklı olan limonen molekülü için denenir. Limonen için PubChem ID’si 22311 olan veriden SMILES formatı elde edilir ve SwissTargetPrediction web sunucusuna girilir.

Şekil 4. Limonen Molekülüne ait PubChem Veri Tabanındaki Bilgiler.

Şekil 5. Limonen Molekülünün, SwissTargetPrediction Web Sunucusuna Girişi.

5. Adım: Limonen molekülüne ait sonuçlar incelenir.

Şekil 6. Limonen Molekülüne ait Sonuç Ekranı.

Limonen molekülüne ait sonuçlar incelendiğinde ise Peroksizom proliferatörün aktive ettiği reseptor alfa (PPARA) ve Cannabinoid receptor 2 (CNR2) proteinlerinin benzer olabilirlik sonucuna sahip olduğunu ve limonen molekülünün düşük olabilirliğe sahip olsa da bu iki protein için kullanılabileceğini göstermektedir.

Sonuç olarak, SwissTargetPrediction web aracı küçük moleküllerin potansiyel protein hedeflerini tahmin etmek için güçlü ve erişilebilir bir in silico araç sunar. Deneysel veriye dayalı istatistiksel yaklaşımları kullanarak araştırmacılara ilaç keşfi, yeniden konumlandırma (drug repurposing) ve mekanizma analizi gibi süreçlerde ön değerlendirme olanağı sağlamaktadır. Böylece, laboratuvar öncesi aşamada protein hedefi belirleme süreçleri hem daha hızlı hem de daha rasyonel bir temele oturtulabilir.

Referanslar

1.Daina, A., Michielin, O., & Zoete, V. (2019). SwissTargetPrediction: updated data and new features for efficient prediction of protein targets of small molecules. Nucleic acids research, 47(W1), W357–W364. https://doi.org/10.1093/nar/gkz382

2.Vane, J. R., & Botting, R. M. (2003). The mechanism of action of aspirin. Thrombosis research, 110(5–6), 255–258. https://doi.org/10.1016/s0049-3848(03)00379-7