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


Fibrinogenski receptor

Fibrinogen



• Najmanjše zaporedje fibrinogena• Iz strupov kač – dezintegrini – spontaneIz strupov kač dezintegrini spontane krvavitve

• Zaporedje RGD ali KGDp j

Sistrurus miliarius barbouriSistrurus miliarius barbouri


• 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!


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'


Inhibitorji HIV‐proteaze• Mehanizem delovanja

N

OHNN

HO

OH

Hidroksietilaminski analogMimetik prehodnega stanja

amid Tetraedrični intermediat

HO OHH


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!


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


ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– optimizacija vodniceoptimizacija vodniceKarboksipeptidaza A

S1' žep

Zn2+

S1 žep

L-benziljantarjevaO

O

O

O

hidrolizaNH2

H2N

145

L benziljantarjevakislina

O


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


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


ACE inhibitorji ACE inhibitorji –– kaptoprilkaptopril

S1 žep

S1' žep

CH3

H2N

N

O

HS

CO2

Zn2+H2N


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


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


Inhibitorji ‐glikozidaze• miglitol

• vogliboza


Inhibitorji ‐glikozidaze• akarboza


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


• 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!?!


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

Documents

Koncept mimetika peptido‐