Object
Title: Wspomagane komputerowo poszukiwanie ligandów wielocelowych blokujących PDE4B, PDE8A i TRPA1 o potencjalnym zastosowaniu w farmakoterapii astmy i POChP
Abstract:
Przewlekłe choroby układu oddechowego stanowią poważny i wymagający problem, przed którym stoi współczesna nauka i opieka zdrowotna. 650 milionów ludzi na całym świecie cierpi na przewlekłą obturacyjną chorobę płuc (POChP), a ponad 330 milionów zmaga się z astmą. Podczas epidemii SARS-COV-2 wywołującej COVID-19, gdzie POChP stanowiła stan zwiększonego ryzyka ciężkiego przebiegu zakażenia, problem skutecznego leczenia tych chorób wydaje się być jeszcze bardziej niepokojący. Dostępne obecnie strategie terapeutyczne terapii astmy i POChP działają przeciwzapalnie i rozszerzająco na oskrzela, co jednak nie obejmuje wszystkich najważniejszych procesów patologicznych w przebiegu obu chorób. Dlatego pilną potrzebą jest wypracowanie możliwych, kompleksowych rozwiązań. Wieloczynnikowy charakter obu chorób daje logiczną podstawę do opracowania innowacyjnej strategii projektowania leków, opartej na ligandach wielocelowych (MTDL, ang. multi-target-directed ligands), która umożliwia poszerzenie spektrum leczenia i uzyskanie kumulatywnie silniejszego efektu terapeutycznego. Możliwe rozwiązanie mogą stanowić racjonalnie zaprojektowane MTDL łączące hamowanie PDE4B i PDE8A z antagonizmem kanału jonowego TRPA1. PDE4B, PDE8A i TRPA1 wykazują jednoczesną ekspresję w wielu komórkach istotnych dla patogenezy przewlekłych chorób układu oddechowego. Ich komplementarne i synergiczne działanie przeciwza ; palne i rozszerzające oskrzela sugeruje skumulowane, silniejsze działanie terapeutyczne. Dodatkowe działanie antyremodelingowe osiągane poprzez hamowanie PDE8A pozwala poszerzyć spektrum działania proponowanych wielofunkcyjnych ligandów, dając szansę na skuteczne i wielopoziomowe, podejście terapeutyczne. Celem niniejszej rozprawy doktorskiej było zaproponowanie i przetestowanie strategii wykorzystującej komputerowe techniki modelowania molekularnego w poszukiwaniu ligandów wielocelowych blokujących fosfodiesterazy 4B, 8A i kanał jonowy TRPA1 oraz wytypowanie dla nich nowych chemotypów. Badania były prowadzone dwutorowo przy pomocy podejścia opartego na strukturach celów biologicznych jak i bazującego na strukturach ligandów. W przypadku podejścia opartego na strukturze, dla każdego z celów biologicznych odpowiednio przygotowano modele strukturalne, które prezentowały sposoby wiązania referencyjnych inhibitorów i antagonistów w kieszeniach aktywnych. Dla kanału jonowego TRPA1 dokonano predykcji nowej kieszeni wiążącej jak również zaproponowano potencjalny sposób wiązania jego antagonisty. W związku z występowaniem dwóch miejsc, w których oddziałują ligandy hamujące aktywność TRPA1, w badaniach zastosowano również dwa modele oparte na strukturach eksperymentalnych kanału jonowego, zdeponowanych w bazie PDB (Protein Data Bank). W przypadku PDE8A zaprezentowano możliwy sposób wi ; ązania jego najaktywniejszego inhibitora, który zaproponowano opierając się na dostępnych danych literaturowych. Model PDE4B opracowany na bazie dostępnych struktur krystalicznych, również uwidaczniał sposób wiązania selektywnego liganda, który charakteryzował się najwyższą aktywnością hamującą enzym. Do przygotowania jak i zweryfikowania wszystkich modeli strukturalnych wykorzystano optymalizację modelu białka, dokowanie inhibitorów referencyjnych na drodze tzw. indukowanego dopasowania, retrospektywny wirtualny skrining oraz symulacje dynamiki molekularnej, których analiza przyczyniła się do wygenerowania specyficznych modeli farmakoforowych tzw. dynoforów (ang. dynophores). Opracowane modele farmakoforowe jak i modele strukturalne wykorzystano do przeprowadzenia dwuetapowego procesu wirtualnego skriningu 4 126 936 ligandów: dopasowania do hipotez farmakoforowych oraz dokowania wyselekcjonowanych w pierwszym etapie grup ligandów. Badania prowadzone w ramach podejścia opartego na ligandach polegały na opracowaniu regresyjnych modeli empirycznych wykorzystujących uczenie maszynowe, które miały na celu predykcję wartości aktywności hamującej pIC50 na podstawie deskryptorów molekularnych opisujących struktury znanych ligandów celów biologicznych. W procesie wirtualnego skriningu ich zastosowanie pozwoli na wyselekcjonowanie potencjalnie skutecznych inhibitorów oraz dostarczy inf ; ormacji o przypuszczalnej wartości IC50. Wytypowanych w obu podejściach kandydatów na ligandy wielocelowe analizowano pod kątem przypisanych im wartości poszczególnych funkcji oceniających, a także poddano ocenie ich właściwości fizykochemiczne oraz parametry ADME. W ich wyniku wybrano ostatecznie 38 potencjalnych kandydatów, z których 12 zakupiono i zbadano ich aktywność hamującą wobec TRPA1, PDE4B i PDE8A w testach in vitro. Badania przeprowadzone w ramach rozprawy doktorskiej przyczyniły się do uzyskania modeli strukturalnych PDE8A, PDE4B i TRPA1, modeli farmakoforowych oraz modeli empirycznych, które pozwoliły poszerzyć wiedzę na temat celów biologicznych jak i najważniejszych cech, które determinują działanie hamujące ich inhibitorów/antagonistów. Ważnym osiągnięciem było wskazanie w kanale jonowym TRPA1 miejsca wiązania i sposobu oddziaływania antagonistów. Został on w późniejszym czasie potwierdzony przez struktury eksperymentalne opublikowane w bazie PDB, co dowodzi skuteczności zastosowanej procedury. Zaproponowana strategia poszukiwania ligandów wielocelowych pozwoliła na wyselekcjonowanie ligandów wykazujących aktywność hamującą na pojedyncze cele biologiczne, dając solidną podstawę do dalszej optymalizacji tych struktur w kierunku aktywności wielocelowej, która w przyszłości może poprawić jakość życia milionów pacjentów cierpiących na astmę i przewlekłą obturacyjn ; ą chorobę płuc.
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/5074
Show description in RDF format:
Show description in OAI-PMH format:
| Edition name | Date |
|---|---|
| ZB-139426 | Apr 8, 2024 |
Objects
Similar
Gawalska, Alicja
Kaczmarek, Przemysław
Kochman, Małgorzata
Komnata, Krystyna
Gross-Sondej, Iwona
Kostrzon, Magdalena
Jamrozik, Marek Andrzej
Warszycki, Dawid
