Koncept mimetika peptido‐
Transcript of Koncept mimetika peptido‐
Koncept mimetika peptidoKoncept mimetika peptidoKoncept mimetika, peptidoKoncept mimetika, peptido‐‐, , glikomimetiki, mimetiki NKglikomimetiki, mimetiki NK
doc.dr. Marko Anderluhdoc.dr. Marko Anderluh
2222 november 2011november 20112222. november 2011. november 2011
Posnemanje v naravi Posnemanje v naravi ‐‐mimikrijamimikrija
Temnostoma sp.(Syrphidae) = zlata muha, muha trepetavkatrepetavka
Mimikrija (SSKJ) pojav da je nezavarovana žival po obliki barviMimikrija (SSKJ) pojav, da je nezavarovana žival po obliki, barvi ali obnašanju podobna živali, ki ima nevaren obrambni organ
MimetikMimetik
• Mimetik = z lastnostmi mimikrije• Mimesis (gr. posnemanje, lat. mimicus): vMimesis (gr. posnemanje, lat. mimicus): v filozofiji izraz za odsev, posnetekMi ik (f k k ij k ) ji• Mimetik (farmacevtsko‐kemijsko) = spojina, molekula, ki poseduje lastnost posnemanja učinka neke druge molekule
• Mimetik = (bio)izoster?• Mimetik = (bio)izoster?
Bi i idi/ i iBi i idi/ i i či k i ?či k i ?Biogeni peptidi/proteini Biogeni peptidi/proteini –– učinkovine?učinkovine?
Biogeni peptidi kot zdravilne učinkovine• Insulin• Oksitocin • Eritropoetin• Rastni hormon• ACTH (kortikotropin)( p )• TSH (tirotropin)• Protitelesa• ...
Peptidi učinkovinePeptidi - učinkovine
• stanje danes:‐ na tržišču več kot 40 peptidnih učinkovinna tržišču več kot 40 peptidnih učinkovin‐ ~180 učinkovin v kliničnih raziskavah‐ več kot 400 učinkovin v predkliniki
Peptidi: propro etet contracontraPeptidi: propro et et contracontravisokospecifične interakcije z endogenimi receptorjivisokospecifične interakcije z endogenimi receptorjip j g p jp j g p j
praviloma visoka jakostpraviloma visoka jakostnizka toksičnostnizka toksičnost
malo interakcij z drugimi učinkovinamimalo interakcij z drugimi učinkovinami
neprimeren farmakokinetični profilneprimeren farmakokinetični profilpraviloma potrebna parenteralna aplikacijapraviloma potrebna parenteralna aplikacijazapletena in draga sintezazapletena in draga sintezazapletena in draga sintezazapletena in draga sintezapotencialna imunogenostpotencialna imunogenost
Zakaj peptidi niso optimalne učinkovine?Zakaj peptidi niso optimalne učinkovine?
Slabosti (biogenih) peptidovSlabosti (biogenih) peptidov –– FK profilFK profilSl b b lič bilSl b b lič bilSlaba metabolična stabilnostSlaba metabolična stabilnost• Endo‐, ekso‐peptidaze: v gastrointestinalnem traktu, serumul b b ij i l b h j j bi l ških bl b b ij i l b h j j bi l ških bSlaba absorpcija iz GIT, slabo prehajanje bioloških membran Slaba absorpcija iz GIT, slabo prehajanje bioloških membran (HEB)(HEB)V lik t l t• Velikost, polarnost
Hitro izločanje Hitro izločanje –– ledvice/jetraledvice/jetraP l t/ t bil t• Polarnost/nestabilnost
Zakaj peptidi niso optimalne učinkovine?Zakaj peptidi niso optimalne učinkovine?
Slabosti (biogenih) peptidovSlabosti (biogenih) peptidovM l iM l iMultipotentnostMultipotentnost
Fiziološki pomen?pomen?
PeptidomimetikPeptidomimetikPeptidomimetik: molekula, ki posnema bioaktivno konformacijo
izbranega peptida
“...peptidomimetiki so strukture, ki služijo kot ustrezni nadomestki za peptide pri interakciji z vezavnimi mesti. Peptidomimetik mora poleg afinitete posedovati tudi učinkovitost ” (Morgan in Gainor Ann Rep Med Chem 1989 24 243 )učinkovitost. (Morgan in Gainor, Ann. Rep. Med. Chem. 1989, 24, 243.)
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikov
• racionalno načrtovanje; načrtovanje učinkovin na osnovi j ; jbioaktivne konformacije peptidov
• peptide posnemamo z “umetnimi” peptidnimi ali nepeptidnimi strukturami
Nativni peptid Peptidni peptidomimetik
Nepeptidni peptidomimetik Učinkovina
Recept za načrtovanje učinkovin ko 3D struktura receptorja ni znana!3D struktura receptorja ni znana!
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikov
• Biogeni peptidi dolgi tudi čez 200 AK ostankovIskanje najmanjšega zaporedjaIskanje najmanjšega zaporedja
g p p g• Za ohranitev aktivnosti ni potrebno celotno AK zaporedje: 2‐
10 AK ostankov odgovornih za aktivnost v pravilni konformaciji
Najmanjše zaporedjeNajmanjše zaporedje
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeriOpioidni analgetikiEndogeni opioidi: enkefalini, endorfini, dinorfinig p , ,• Vezava na opioidne receptorje
• Najmanjše zaporedje: Tyr‐Gly‐Gly‐Phe
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeriOpioidni analgetiki• Najmanjše zaporedje: Tyr‐Gly‐Gly‐Phej j p j y y y
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovAgregacija trombocitovAgregacija trombocitov
Fiziološka funkcija:Fiziološka funkcija:• http://www.youtube.com/watch?v=uBvpE5ia2LE&feature=re
lated
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikov
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikov
Fibrinogenski receptor
Fibrinogen
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikov
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikov
• Najmanjše zaporedje fibrinogena• Iz strupov kač – dezintegrini – spontaneIz strupov kač dezintegrini spontane krvavitve
• Zaporedje RGD ali KGDp j
Sistrurus miliarius barbouriSistrurus miliarius barbouri
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikov
• RGD NH2
HNH2N
O
HN
O
NH
O
OH
OH
ONH
H
Arg-Gly-Asp IC50 ~ 100 M
EptifibatidIC50 ~ 8,7 nM
Pristop –konformacijska zamrznitev
Peptidni peptidomimetik!
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikov
Fibrinogenski receptor
Tirofiban – nepeptidni peptidomimetik!
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovSpremembe pri načrtovanjuSpremembe pri načrtovanju Dolžina peptidne
verige (minimalno
dj )zaporedje)
Stranske skupine AK
“preproste”AK
Peptidni skelet
‐spremembe na
spremembe
C‐bioizosteri amidne vezi
“kompleksne”‐Mimetiki dipeptidov
‐mimetiki zavojev
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovModifikacije stranske verige AKModifikacije stranske verige AK
-alkiliranje
Rciklizacija N-C
spremeba substituenta
poljubna ciklizacija ali C-C dehidrogeniranje
• Prolin – naravna ciklizacija N‐Cnaravno rigidna AK!
NH
OProlin naravna ciklizacija N Cnaravno rigidna AK!• Bioizosterne zamenjave za funkcionalne skupine v stranskih
verigahg
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovSpremembe na CSpremembe na C R
NH
O
inverzija konfiguracijelkili j
Inverzija konfiguracije• Zamenjava L‐ z D‐aminokislinami
-alkiliranjeaza - substitucija
Zamenjava L z D aminokislinamiPosledice: ?
Načrtovanje peptidomimetikovNačrtovanje peptidomimetikovBioizosterne zamenjave peptidne veziBioizosterne zamenjave peptidne vezi
Peptidomimetiki primeriPeptidomimetiki ‐ primeriInhibitorji HIV‐proteazej p• HIV proteaza – endopeptidaza
• http://wwwyoutube com/watch?v=FDugpEny0Zo&f• http://www.youtube.com/watch?v=FDugpEny0Zo&feature=related
• Cepi vez Phe Pro• Cepi vez Phe‐Pro
GlnMestocepitveS1
S3 S2'CONH2
Phe
PheHN
NN
N
HN
PhO O
2
N
OPh
polipeptid polipeptid
Asn Ile
Pro
S2S1'
S3'
NH
NH
O O O
NH
CONH2
S2 S3'
Peptidomimetiki primeriPeptidomimetiki ‐ primeri
Inhibitorji HIV‐proteaze• Mehanizem delovanja
Ph Ph
+
Tetraedričniintermediat
Ph
SubstratN
O O
H H
CO2HHN
+N
O
Substrat
O O O O
H
HO O O OO O
HH
OH
O O
Asp-25 Asp-25' Asp-25 Asp-25'
O O
Asp-25
O O
Asp-25'
Peptidomimetiki primeriPeptidomimetiki ‐ primeri
Inhibitorji HIV‐proteaze• Mehanizem delovanja
N
OHNN
HO
OH
Hidroksietilaminski analogMimetik prehodnega stanja
amid Tetraedrični intermediat
HO OHH
Peptidomimetiki primeriPeptidomimetiki ‐ primeri
Inhibitorji HIV‐proteaze• Naravni substrat
Leu Asn Phe Pro IlePristop – bioizosterna zamenjava peptdidne j p pvezi
O OLeuLeu
PhePhe
IleIle
NH
NH
O
HO
HN
O
H2N
CONH
H
HNH
CO2H ZNH
NH
H
OH
HCO2
tBu
CONH2
AsnAsnProPro
Hidroksietilaminski bioizostHidroksietilaminski bioizosteerrICIC5050 =6500 nM=6500 nM
OH
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeriACE inhibitorjiACE = angiotenzin konvertazag
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– minimalno zaporedjeminimalno zaporedje
Teprotid (9 AK), IC50= 100 nM
Ala-Pro (2 AK), IC50= 230 M
Najmanjše zaporedje!
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– optimizacija vodniceoptimizacija vodniceKarboksipeptidaza A
S1' žep S1' žep
Zn2+
S1 žep
Zn2+
S1 žep
substrat
R NH
O
O
OR
O
OH2N
O
O
hidrolizaNH2
H2N
145
substrat O O
NH2
H2N
145
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– optimizacija vodniceoptimizacija vodniceKarboksipeptidaza A
S1' žep
Zn2+
S1 žep
L-benziljantarjevaO
O
O
O
hidrolizaNH2
H2N
145
L benziljantarjevakislina
O
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– optimizacija vodniceoptimizacija vodnice
Ala-Pro (9 AK), IC50= 230 M Sukcinilni fragment
N
OIC50= 330 M
O
HO
OHO
PeptidomimetikiPeptidomimetiki primeriprimeriPeptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– optimizacija vodniceoptimizacija vodniceS1 žep
S1' žep
p
SukcinilprolinN
O
O
H2N
O CO2
Zn2+
H2N
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– optimizacija vodniceoptimizacija vodnice
NHO
O
IC50= 22 MNHO
O
O OHO
O OHOIC50= 330 M
PristopPristop –bioizosterna zamenjava
Kaptopril, IC50= 23 nMzamenjava
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– kaptoprilkaptopril
S1 žep
S1' žep
CH3
H2N
N
O
HS
CO2
Zn2+H2N
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– optimizacija kaptoprilaoptimizacija kaptoprila
Kaptopril, IC50= 23 nM
l il t IC 1 Menalaprilat, IC50= 1 nM
Pristop – bioizosterna zamenjava peptdidnezamenjava peptdidne vezi/nenaravna AK
Peptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– enalaprilatenalaprilat
S1 žep
I hibitCH3
S1' žep
H2N
Inhibitor
NH
N
O CO2
O
O
Zn2+H2N
http://www.youtube.com/watch?v=Y79Xl0LfYI4
PeptidomimetikiPeptidomimetiki primeriprimeriPeptidomimetiki Peptidomimetiki ‐‐ primeriprimeri
•• ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– rigidizacija do cilazaprilatarigidizacija do cilazaprilata
NNH
N
N
O
O
NH
COOH
HOOC
enalaprilat
OHOOC
O
Cilazapril(at)p p ( )4,5 x močnejši!
Pristop –konformacijska zamrznitev
Kaj je pomembno?Kaj je pomembno?
• Osnovni koncept• Slabosti peptidovSlabosti peptidov• Zakaj peptidomimetiki• Najmanjše zaporedje• Pristopi – spremembe v strukturi najmanjšegaPristopi spremembe v strukturi najmanjšega zaporedja
GlikomimetikiGlikomimetikiGlikomimetikiGlikomimetiki
• Ogljikovi hidrati – najštevilnejši naravni produkti!• Hrana, energijska rezerva• Vse celice prekrite z glikani – tvorijo glikokaliks –celično prepoznavanjecelično prepoznavanje
• Imunski odziv (npr. bakterijski lipopolisaharid)• Ra no rstnost šte ilni monosaharidi ra lične• Raznovrstnost – številni monosaharidi, različne možnosti povezav
• Medcelično prepoznavanje preko lektinov
Zakaj saharidi niso optimalne učinkovine?Zakaj saharidi niso optimalne učinkovine?
Slabosti (biogenih) saharidovSlabosti (biogenih) saharidovSlaba absorpcija iz GIT, slabo prehajanje bioloških membran (HEB)
• Velikost, polarnostHitro izločanje – ledvice/jetraHitro izločanje ledvice/jetra• Polarnost, metabolna nestabilnost
GlikomimetikiGlikomimetiki
• Spremembe sladkornega skeleta
GlikomimetikiGlikomimetiki primeriprimeriGlikomimetiki Glikomimetiki ‐‐ primeriprimeri
‐glikozidaze• Maltaze• Encimi, cepijo 1,4‐ vezi oligo/polisaharidov• Inhibitorji ‐glikozidaz v epiteliju črevesja• Terapija diabetesa
GlikomimetikiGlikomimetiki primeriprimeriGlikomimetiki Glikomimetiki ‐‐ primeriprimeri
Inhibitorji ‐glikozidaze• miglitol
• vogliboza
GlikomimetikiGlikomimetiki primeriprimeriGlikomimetiki Glikomimetiki ‐‐ primeriprimeri
Inhibitorji ‐glikozidaze• akarboza
GlikomimetikiGlikomimetiki primeriprimeriGlikomimetiki Glikomimetiki ‐‐ primeriprimeri
PET označevalec18F fludeoksiglukoza• Hitra absorpcijaHitra absorpcija• fosforilacija• Ne podleže metabolizmu po razpaduNe podleže metabolizmu, po razpadu
radionuklida + proton dobimo glukoza‐6‐fosfat
• Pregled metabolizma glukoze; večji privzem v malignih tkivih
Mimetiki NKZ db DNA/RNAZgradba DNA/RNA• dvojna vijačnica‐ sestava• (deoksi)nukleotidi• Vgrajujejo se nukleotidi trifosfati – substrat za DNA
lpolimerazo
NH2O NH2 O
N
NN
N
2
HO
NH
N
N
NH2N
HOHO
N
N
O
HO
N
NH
O
O
HOH
HHHH
O
HOH
HHHH
O
HOH
HHHH
HOO
HOH
HHHH
HO
(deoksi)adenozin (deoksi)gvanozin (deoksi)citidin (deoksi)timidin(deo s )ade o ( )g ( ) ( )
Mimetiki NKMimetiki NKMimetiki NKMimetiki NK
• Posnemanje nukleotidov/NK z namenom ustavitve replikacije ali translacije
• Posnemanje nukleotidov z namenom zaviranja izgradnje NK
Mimetiki NKMimetiki NKMimetiki NKMimetiki NK
• Nukleozidni analogi kot inhibitorji DNA polimeraze/RT => sistematične modifikacijep j
Modifikacija baze NH
O
ON
OPO
O
P
O
OP
O
-O
Modifikacija sladkorne enote
Modifikacija (tri)fosfatnega dela
O
HOH
HH
HH
O-O-O-
Modifikacija (tri)fosfatnega dela
Selektivna toksičnost!?!
Mimetiki NKMimetiki NKMimetiki NKMimetiki NK
Reverzna transkriptaza• DNA polimeraza, ki kot šablono uporablja RNA, p , p j ,retrovirusi
• Funkcija – prepis RNA – dvojnovijačna DNAFunkcija prepis RNA dvojnovijačna DNA, vgrajevanje v gostiteljsko DNA (provirus!)
• http://wwwyoutube com/watch?v=FDugpEny0Zo&f• http://www.youtube.com/watch?v=FDugpEny0Zo&feature=related
Mimetiki NKMimetiki NK
ZIDOVUDINZIDOVUDIN•Inhibicija reverzne transkriptaze – mimetik pdeoksitimidina
•Aktivna oblika je trifosfat
NDP kinazadTMP kinazadThd kinaza
•Samomorilski inhibitor
•Selektivna toksičnostreverzna transkriptaza
“Antisense” tehnologijaAntisense tehnologija
“Antisense” tehnologijaAntisense tehnologija
• Fomivirsen (Vitraven); oligonukleotid (21) komplementaren zaporedju mRNA ( ) p p jcitomegalovirusa
• 5'‐GCG TTT GCT CTT CTT CTT GCG‐3' • Fosforotioatna povezava!• Fosforotioatna povezava!• Poznavanje genoma virusov – hitra
izdelava zdravil! (uporaba tudi pri rakastih obolenjih) (http://www.molecula.com/new/antisense.html))
• Zanimivost; EMA; 22.5.2002 ‐ odpoklic s trga!
Dodatna literaturaDodatna literaturaG. L. Patrick: An introduction to medicinal chemistry, Oxford
University press, 4. izdaja:l• 14. poglavje, str. 262‐265
• Marc, G.; Pečar, S. Bioizosterija in načrtovanje peptidomimetikov, Farm. Vestn. 1993, 44, 3‐22