Structure versus Ligand-Based Drug Design

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1 Structure versus Ligand-Based Drug Design Known Ligands Unknown Ligands Know protein structure Unknown protein structure Structure-based drug design (SBDD) Protein modelling Docking-guided Chemical optimization Ligand-based drug design (LBDD) 1 or more ligands Similarity searching Several ligands Pharmacophore searching Many ligands (20+) Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) De novo design No rational approach Need experimental data of some sort Can apply ADMET filters ADMET: absorption, distribution, metabolism, excretion, toxicity

2 Desenhode fármacosbaseadoem estrutura O SBDD tornou-se possível com o desenvolvimento de uma vasta biblioteca de estruturas de receptores e enzimas Neste tipo de abordagem a forma e características electrónicas do centro activo são consideradas desde o início A estruturas cristalográficas da proteína e receptor são determinadas experimentalmente permite obter informação sobre as interacções do complexo Com base na informação estrutural procura-se encontrar as modificações que optimizem a interacção do ligando com o receptor Optimização da potência, afinidade e selectivida, preservando as propriedades ADMET!

3 Um exemplode SBDD: desenvolvimento do captopril Angiotensina I ACE Angiotensina II + His-Leu O octapéptido Angiotensina II promove um aumento da tensão arterial Ferreira e Vaneisolam um péptido do veneno da jararaca com capacidade de inbir a ACE Ondettie Cushmanreconhecem a similarideestrutural entre a ACE e a Carboxipeptidase A A estrutura da CarboxipeptidaseA, bem conhecida na altura, serve de modelo à ACE O ácido benzil succínico é um inibidor potente da Carboxipeptidase A Os aminoacil-substituintes do ácido succínico revelaram-se inbididores potentes da ACE!

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5 AngiotensinaI Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu ACE (angiotensin-converting enzyme) His-Leu AngiotensinaII Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg Bradicinina

6 Em 1965 Sérgio Ferreira e Joseph Vaneisolam do veneno da cobra brasileira jararaca uma mistura peptídica capaz de prolongar o efeito anti-hipertensivo da bradicininapor inibição da sua degradação. Desta mistura foi isolado o péptido teprótido, de fórmula: Pyr-Trp Pro Arg Pro Gln Ile Pro Pro Miguel Ondettisintetizou este péptido na Squibbs, o qual é um potente inibidor da ACE (Ki= 100 nm) não pode ser usado como um fármaco, pois os péptidos não são geralmente disponíveis por via oral. Pyr Ácido piroglutâmico Jararaca (Bothrops jararaca)

7 Nos anos 70 Miguel Ondetti e David Cushman(Squibb) reconhecem a similarirdade de mecanismo entre a ACE e carboxypeptidasea, uma enzima que remove aminoácidos C-terminais de uma cadeia polipeptídica. O ácido benzil-succínicoé um potente inibidor da CarboxypeptidaseA, funcionando com um análogo da região C-terminal do substrato.

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9 Mecanismo catalítico da Carboxipeptidase A

10 Mecanismo catalítico da Carboxipeptidase A

11 Dado que a ACE remove os dois resíduos C-terminais, Ondetti e Cushman investigaram a possibilidade usar derivados amino-substituídos do ácido succínico como inibidores desta enzima. Succinil-L-prolina ( IC 50 = 330 µm)

12 Optimizaçãodo lead

13 Estudos com estes compostos indicaram a necessidade do grupo tiol, grupo carboxílico livres e da presença do anel de prolina.

14 Outros inibidores da ACE desenvolvidos posteriormente.

15 -- David Cushman

16 Em 2003 o grupo de Edward Sturrockdeterminou a estrutura cristalográfica da ACE, mostrando a presença de dois domínios com actividade catalítica (domínio N-terminal e domínio C-terminal) e sequências diferentes (60% de identidade). Os centros activos têm actividade diferente na degradação da bradicinina, que pode assim ser desacoplada parcialmente do efeito sobre a angiotensinai. tace em complexo com o lisinopril Natesh et al. (2003) Nature 421:551

17 Mecanismo catalítico da ACE (hipotético) Zhangetal. (2013) J. Phys. Chem. B 117:6635

18 Inibidoresespecíficospara osdomíniosn e C da ACE