Descoberta, desenho e desenvolvimento de fármacos

Descoberta, desenho e desenvolvimento de fármacos

Descoberta de fármacos: encontrar o lead Escolha da doença Escolha do receptor (target) Identificação do ensaio adequado Encontrar um lead compound Isolamento e purificação do lead compound Determinação da estrutura do lead compound

Desenho de fármacos: Relações Estrutura-Actividade (QSAR) Identificação do farmacóforo Optimização das interacções com o receptor Optimização da farmacocinética (ADME)

Desenvolvimento de fármacos: Patenteamento do fármaco Testes pre-clínicos Desenho do processo de manufactura Testes clínicos Registar e comercializar o fármaco

Identificação do target AGONISTAS ANTAGONISTAS INIBIDORES ENZIMÁTICS ACTIVADORES ENZIMÁTICS

O papel da modelação computacional na descoberta de fármacos

Q: Is therereallya case wherea drugthat sonthe marketwasdesignedbya computer? A: No Jorgensen, WL (2004) The many roles of computation in drug discovery Science 303:813 As técnicas de modelação computacional não podem produzir fármacos per se, mas podem dar um contributo muito valioso em várias fases do processo da sua descoberta!

Importância decisiva da computação no desenho de fármacos.

BolliniM (2011) J MedChem54:8582

Desenho de fármacos: racional versus irracional Abordagem tradicional: empiricismo, intuição, medicina tradicional, pesquisa de força bruta (High-throughput screening) Desenho racional: busca de moléculas com características físico-químicas adequadas à actuação sobre o mecanismo da doença e à eficiente absorção/metabolização/eliminação

Computer-aided drug design (CADD) Known Ligands Unknown Ligands Know protein structure Unknown protein structure Structure-based drug design (SBDD) Protein-ligand docking Homology Modelling 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 CADD of no use Need experimental data of some sort Can apply ADMET filters ADMET: absorption, distribution, metabolism, excretion, toxicity

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!

Gosh AK, Gemma S ; Structure-based Design of Drugs and Other Bioactive compounds, Wiley-VCH 2014

Gosh AK, Gemma S ; Structure-based Design of Drugs and Other Bioactive compounds, Wiley-VCH 2014

Um exemplo: desenvolvimentodo 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!

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 Bradiquinina

Em 1965 Sérgio Ferreira e Joseph Vaneisolam do veneno da cobra brasileira jararaca uma mistura peptídica capaz de prolongar o efeito anti-hipertensivo da bradiquininapor 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. Ácido piroglutâmico Jararaca (Bothrops jararaca)

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.

Mecanismo catalítico da Carboxipeptidase A http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/726/744224/aadezyf0.html

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)

Optimizaçãodo lead

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

Outros inibidores da ACE desenvolvidos posteriormente.

-- David Cushman

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

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

Inibidoresespecíficospara osdomíniosn e C da ACE

Compostos encontrados com auxílio de SBDD

Histórias de sucesso no SBDD

Estratégias de identificação de hits em SBDD Virtual screening Docking De novo design

Bases de dados de compostos

Software para virtual screening

Análise das propriedades moleculares

Filtragem do espaço de busca Os pontos vermelhos representam vários inibidores da HIV-1 RT (revelam semelhança na área e na polaridade) Jorgensen, WL (2004) Science 303:813

A previsão da eficiência de ligação é essencial

Pesquisa de fragmentos versus técnicas tradicionais

Desenho de novo

Inibidor construído no site HIV-1 RT a partir de uma molécula de amónia Jorgensen, WL (2004) Acc Chem Res 42:724

Jorgensen, WL (2004) Acc Chem Res 42:724

Previsão de propriedades ADME

Lipinski rule of 5 Propriedades que permitem determinar a eficácia na administração por vial oral em humanos de uma substância farmacologicamente activa. Lipinski, CA (2000) Drug-like properties and the causes of poor solubility and permeability J Pharm Tox Meth 44:235-239

Selecção de targets na era pós-genómica