Object
Title: Wspomagane komputerowo poszukiwanie inhibitorów reduktaz antybiotyków antracyklinowych w celu optymalizacji farmakoterapii przeciwnowotworowej
Abstract:
Według prognoz Światowej Organizacji Zdrowia, w bieżącym stuleciu choroby nowotworowe wyprzedzą choroby układu krążenia jako główna przyczyna zgonu w większości krajów. Skuteczna farmakoterapia nowotworów jest wciąż jednym z największych wyzwań współczesnej medycyny i farmacji. Pomimo rozwoju i wprowadzenia do terapii wielu innowacyjnych leków przeciwnowotworowych, szerokie zastosowanie nadal znajdują substancje stosowane z powodzeniem od wielu lat. Przykładem są antybiotyki antracyklinowe (ANT), które wykorzystywane są w leczeniu zarówno guzów litych, jak i nowotworów hematologicznych. Niestety, ich użyteczność jest ograniczona w związku z lekoopornością rozwijającą się w trakcie terapii oraz zwiększonym ryzykiem kardiotoksyczności. Przyczyny występowania obu niekorzystnych efektów pozostają do końca niewyjaśnione. Według jednej z hipotez odpowiadają za nie metabolity ANT powstałe w wyniku aktywności enzymów z grupy reduktaz. Głównymi enzymami odpowiedzialnymi za ten proces są reduktaza karbonylowa 1 (CBR1) oraz aldo-keto reduktaza 1C3 (AKR1C3). Zahamowanie aktywności wymienionych enzymów powinno więc skutkować wzmożeniem działania leków i ograniczać efekt kardiotoksyczny. Celem badań, opisanych w niniejszej rozprawie, było zastosowanie wybranych metod komputerowo wspomaganego projektowania leków do optymalizacji wybranych trójwymiarowych strukt ; ur krystalicznych CBR1 i AKR1C3, a następnie wykorzystania ich w poszukiwaniu nowych inhibitorów enzymatycznych. W pierwszej części badań, mającej na celu poszukiwanie nowych inhibitorów CBR1, przeprowadzono optymalizację dwóch struktur krystalicznych enzymu (kody PDB: 1WMA i 3BHJ), różniących się obecnością cząsteczki glutationu w centrum aktywnym CBR1. Wykorzystując metody optymalizacji (Induced-fit docking, dokowanie, dynamika molekularna) i oceny (retrospektywny wirtualny skrining) trójwymiarowych modeli celów biologicznych, wybrano 2 modele (1WMA_A3 oraz 3BHJ_N1), przy użyciu których przeprowadzono następnie prospektywny wirtualny skrining, dokując bibliotekę ponad 2,3 miliona związków chemicznych. Wytypowano, zakupiono, a następnie sprawdzono w badaniach hamowania CBR1 9 nowych chemotypów potencjalnych inhibitorów. Wśród nich najskuteczniejszym okazał się związek będący pochodną 2-fenylo-3,4-dihydrochinazolin-4-onu (związek C2, IC50 = 7,56 μM). W wyniku dalszych optymalizacji strukturalnych uzyskano kolejne inhibitory, a najskuteczniejszym z nich okazał się związek C17 (IC50 = 0,68 μM). W pozach uzyskanych w dokowaniach nawiązywał on oddziaływania z wszystkimi kluczowymi resztami aminokwasowymi enzymu: Ser139, Tyr193, Met234 (wiązania wodorowe) i Trp229 (oddziaływanie hydrofobowe typu π-π). W drugiej części badań przeanalizowano możliwość ham ; owania CBR1 przez związek ASP9521, będący znanym, silnym inhibitorem AKR1C3, o elementach struktury występujących wśród inhibitorów CBR1. W dokowaniach potwierdzono, że związek może nawiązywać takie same oddziaływania, jak wymieniony wcześniej związek C17, a w symulacji dynamiki molekularnej stwierdzono możliwość utrzymania stabilnego położenia związku w centrum aktywnym enzymu w ciągu 20 ns trwania symulacji, co wskazywało na to, że ASP9521 może być ligandem CBR1. Hipotezę tą potwierdzono w badaniach enzymatycznych (IC50 = 44,00 μM). Dodatkowo wykazano, że dodatek ASP9521 wzmacnia przeciwnowotworowe działanie daunorubicyny wobec komórek nowotworu płuc (linia A549), obniżając o 14,25% stężenie leku konieczne do zahamowania wzrostu komórek o połowę. Zidentyfikowanie ASP9521 jako dualnego inhibitora CBR1-AKR1C3 o umiarkowanej aktywności było impulsem do poszukiwania nowych chemotypów dualnych inhibitorów głównych reduktaz ANT, których korzystny efekt mógłby przewyższać stosowanie selektywnych inhibitorów jednego z enzymów. W tym celu przeprowadzono, przy pomocy narzędzi opisanych w pierwszej części badań, optymalizację wybranych struktur krystalicznych CBR1 i AKR1C3, a w wyniku prospektywnego wirtualnego skriningu, wykonanego na zoptymalizowanych modelach (modele 11E3 i 74H1), wytypowano 36 potencjalnych inhibitorów CBR1-AKR1C3. Wśród nich większość zw ; iązków wykazała umiarkowane bądź silne działanie hamujące wobec AKR1C3 (najsilniejszym inhibitorem był związek P27, którego IC50 AKR1C3 = 2,25 μM), przy umiarkowanym bądź słabym hamowaniu CBR1. Dodatkowa analiza związków zidentyfikowanych wcześniej jako inhibitory CBR1 wykazała, że związek C17 posiada silne właściwości hamowania obu kluczowych reduktaz ANT, będąc obok ASP9521 drugim opisanym w niniejszej pracy dualnym inhibitorem CBR1-AKR1C3 (IC50 CBR1 = 0,68 μM; IC50 AKR1C3 = 6,94 μM). Na podstawie łącznej analizy badań in silico i testów enzymatycznych wskazano także układ 1-benzoilopiperydyny (obecny w związkach P1-P9) jako korzystny pod kątem dalszych optymalizacji mających na celu uzyskanie kolejnych dualnych inhibitorów enzymatycznych. W badaniach komórkowych na linii A549 wykazano, że dodatek związków P18 i P25 poprawiał przeciwnowotworowe działanie daunorubicyny, podobnie jak miało to miejsce w przypadku związku ASP9521. Badania opisane w niniejszej rozprawie doktorskiej doprowadziły do otrzymania zoptymalizowanych trójwymiarowych modeli wybranych struktur krystalicznych CBR1 i AKR1C3, które posłużyły następnie do zidentyfikowania nowych inhibitorów głównych reduktaz ANT, w tym nieopisanych dotychczas dualnych inhibitorów CBR1-AKR1C3. Przy selekcji związków uwzględniano nie tylko pozy uzyskane w prospektywnych skriningach, lecz również wart ; ości parametrów ADMET, przewidywanych przy pomocy dedykowanego oprogramowania, zgodnie z rekomendacjami w zakresie nowoczesnego racjonalnego projektowania leków. Zarówno najlepsze związki serii C (C2, C17), jak i serii P (P18, P25, P27) nie posiadały elementów strukturalnych, mogących zwiększać ryzyko toksyczności bądź wpływających na niekorzystną farmakokinetykę opisywanych substancji.
Place of publishing:
Level of degree:
Degree grantor:
Rada Dyscypliny Nauki farmaceutyczne
Promoter:
Kołaczkowski, Marcin ; Bucki, Adam
Date issued:
Identifier:
Call number:
Language:
Access rights:
Object collections:
Last modified:
Apr 8, 2024
In our library since:
Apr 8, 2024
Number of object content hits:
0
Number of object content views in PDF format
0
All available object's versions:
http://dl.cm-uj.krakow.pl:8080/publication/5069
Show description in RDF format:
Show description in OAI-PMH format:
| Edition name | Date |
|---|---|
| ZB-139425 | Apr 8, 2024 |
Objects
Similar
Jamrozik, Marek Andrzej
Gawalska, Alicja
Bucki, Adam
Wiśniowska, Barbara
Kołaczkowski, Marcin
Yuzlenko, Olga
Matyjaszczyk-Gwarda, Karolina
Warszycki, Dawid
