Новая стратегия пептидного дизайна на примере создания оригинальных ноотропов и нейролептиков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.00.25, доктор биологических наук в форме науч. докл. Гудашева, Татьяна Александровна

• Гудашева, Татьяна Александровна
• доктор биологических наук в форме науч. докл.
• 1998

Заключение диссертации по теме «Фармакология, клиническая фармакология», Гудашева, Татьяна Александровна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По современным представлениям узнавание лиганда рецептором зависит от комплементарное™ взаимодействующих поверхностей молекул. В то же время одинаковая внешняя поверхность молекулы лиганда может быть задана химическими соединениями, относящимися к разным структурным группам. Этот изоморфизм дает возможность конструирования лигандов фармакологически важных рецепторов практически из всего арсенала органической химии. Один из наиболее ярких примеров- конструирование пептидомиметиков в качестве потенциальных лекарственных препаратов. Возможно и решение обратной задачи- конструирование пептида, вписывающегося во внешнюю поверхность пептидомиметика. Эта задача наиболее привлекательна в случаях экзогенных лекарственных веществ, полученных в свое время случайно либо с помощью фармакологического скрининга и поэтому не всегда наилучшим образом соответствующих топологии зоны связывания рецептора. Конструирование пептидных аналогов известных лекарственных веществ с предполагаемым пептцдергическим механизмом действия позволяет выйти на новые группы биологически активных веществ с улучшенными фармакологическими качествами. Такие лекарственные препараты, как правило, отражают топологию ключевого участка биологически активной конформации эндогенного нейропептида, и их пептидные аналоги будут представлять собой короткие ди- или трипептиды. С одной стороны, ввиду технологичности синтеза и относительной энзиматической стабильности, они сами могут являться потенциальными лекарственными препаратами, а с другой стороны, они могут дать информацию о структуре биологически важного участка известного нейропептида, что позволяет проводить их дальнейшую модификацию с учетом возможной роли других аминокислотных остатков этого нейропептида. В некоторых случаях сконструированные пеггщдные аналоги могут представлять собой неизвестные короткие эндогенные пептиды, что дает возможность идентификации новых фармакологически важных нейропептвдов.

Конструирование пептидных топологических аналогов известных лекарственных веществ, развитое в данной работе, представляет собой оригинальное направление в пептидном дизайне. В литературе идет колоссальный поток работ по дизайну шпкдомй^вгшкив и отсутствуют какие-либо упоминания о попытках получения пептидных аналогов непептидных лигандов. В связи с этим работа построена из двух частей: в первой части на примере пирацетама нами разрабатывались принципы дизайна пептидных аналогов нейротропных лекарств, а во второй части эта принципы применялись для дизайна пептидных аналогов нейролептика сульпирида.

В топологию пнрацетама можно было вписать как пироглугамилглицин, так и пролилглицин, причем последний в ацилированной форме с незаряженным азотом. Оба варианта привели к коротким ноотропным пептидам. Применение методов SAR к пироглугамилдипептидам привело к более сложному, чем пироглугамилглицин, веществу-пироглутамиласпарагину. Он оказался фрагментом основного пептида памяти метаболита вазопрессина. Это позволило предположить, что пирацетам действует через один из подтипов вазопрессиновых рецепторов, а основной метаболит вазопрессина или его более короткий фрагмент является эндогенным прототипом пирацетама. Производные пироглутамиласпарагина, наиболее активного из пептидных аналогов пирацетама, были запатентованы в качестве перспективных ноотропов. Были изучены свойства пироглутамилсодержащих ноотропов, одним из наиболее интересных из которых явилась способность некоторых из этих соединений влиять на отдельные фазы памяти, что позволило предположить множественность популяции ноотропных рецепторов.

В дизайне пептидных аналогов пирацетама успешно использовались компьютерные методы моделирования, которые позволили рассчитать энергию пептидов и пирацетама в налагаемых, т.е. фармакофорных, конформациях. Превышение энергии над глобальным минимумом было менее 5 ккал/моль, что свидетельствует о возможности связывания этих молекул с одним и тем же рецептором, а также позволяет определить структуру трехмерного фармакофора для ноотропов пирролидонового ряда.

Полученные нами N-ацилпролилдипептидные аналоги пирацетама имеют определенную «генетическую» связь не только с пирацетамом, но и с пролином, известным своими амнезическими свойствами. С другой стороны, наиболее активное соединение в этом ряду-цикло-пролилглицин, оказалось эндогенным нейропептидом, присутствующим в мозге крыс в концентрации 2,8 нмоль/г мозга. Идентификация этого соединения оказалась возможной лишь потому, что вначале была предсказана его структура, поскольку классический подход, состоящий в тестировании фракций ВЭЖХ-хроматографии поведенческим методом представляет собой практически невыполнимую задачу.

1 руппа ноотропных N-ацилпролилдипептидов была запатентована в России и США, один из наиболее технологичных и активных ее представителей, ГВС-111, широко исследуется в качестве перспективного ноотропа.

Успешный дизайн пептидных аналогов атипичного нейролептика сульпирида показал возможность распространения разработанных принципов на новые классы психотропных веществ. Простейший дипептидный аналог сульпирида, амид пролилтирозина, был сконструирован с применением молекулярных моделей Дрейдинга, а затем его фармакофорная конформация была определена с помощью компьютерных методов. Впервые было показано, что сулкпирид является непептидным аналогом активного участка нейротензина. Также впервые было показано, что минимальный участок нейротензина, ответственный за нейролептикоподобную активность нейротензина, представляет собой его дипептидный фрагмент NT(10-11). Торсионные углы дипептида в фармакофорной конформации были близки торсионным углам дипептидного фрагмента головы ß-поворота. Таким образом, было показано, что пролилтирозин лежит в голове ß-поворотной конформации нейротензина. В дальнейшем данные о биологически активной конформации нейротензина были использованы для получения трипептоидных аналогов нейротензина, представляющих собой N-ацилпролилтирозины с ацильнои группой длиной более 6 »связей, позволяющей ей занять участок связывания третьей важной аминокислоты нейротензина, Leu13. Трипептоидные аналоги нейротензина могут стать основой для развития «идеальных» нейролептиков, высокая антипсихотическая активность которых сочетается с большой широтой терапевтического эффекта и отсутствием экстрапирамидных побочных эффектов. Это также первый успешный дизайн потенциальных антипсихотиков- пептидных агонистов нейротензина.

Таким образом, разработанный в настоящей работе метод пептидного дизайна включает в себя следующие стадии:

1. Выбор непепгидного нейропсихотропного лекарственного соединения в качестве объекта для дизайна короткого биологически активного пептида. Этот выбор основывается на особенностях нейрофармакологических и биохимических свойств этого лекарства, таких как куполообразная дозовая зависимость, нормализующий характер фармакологического эффекта, модулирующее действие на нейромедиаторные системы, а также на структурных особенностях - наличии в структуре элементов, характерных для природных пептидов, то есть фрагментов боковых радикалов аминокислот и амидных связей.

2. Конструирование набора пептидов, содержащих выявленные фрагменты боковых радикалов аминокислот.

3. Отбор простейшего пептидного аналога путем наложения пептидов из этого набора на структуру базового лекарства. Это наложение может бьгть выполнено как на моделях Дрейдинга, так и с помощью компьютерных методов. При этом необходимо придерживаться следующих правил:

2.1. Должны совмещаться соответствующие гидрофобные области молекул. В случае совмещения ароматических колец надо учитывать направления тс-электронных облаков.

2.2. Должны совмещаться гидрофильные участки, в первую очередь одноименные заряды. Желательно совмещение векторов амидных связей. Не обязательно добиваться полного совмещения гидрофильных областей.

2.3. Обе молекулы должны занимать одни и те же объемы, то есть, выступающие объемы не должны создавать стеричееких препятствий при связывании с рецептором.

2.4. При компьютерном расчете вклад внутримолекулярных водородных связей в энергию молекулы учитываться не должен.

3. Простейший пептидный аналог синтезируется и тестируется по специфической активности.

4. Изучается стереоселективность действия.

5. Проводится замена аминокислот, по которым отсутствует стереоселективность эффекта.

6. Отбирается наиболее активный и специфично действующий пептидный аналог.

7. Путем анализа первичных структур известных нейропептидов ищется эндогенный прототип отобранного пептидного аналога.

8. Путем анализа пространственной структуры выбранного нейропептида вблизи выявленного активного фрагмента избирается путь дальнейшей модификации для использования дополнительных взаимодействий с рецептором и расширения новой группы потенциальных лекарственных веществ.

Дальнейшее развитие этого направления предполагает распространение метода получения пептидных аналогов на другие нейротропные и иммунотропные лекарственные соединения с предполагаемым пептидергическим механизмом действия. Развитие самого метода предполагает увеличение удельного веса компьютерных методов расчета фармакофорных конформаций, использование компьютерных баз данных по лекарственным веществам, развитие радиолигандного метода для доказательства рецепторного механизма действия препаратов.