Leki przeciwzapalne. Niesteroidowe (NSAID nonsteroidal. Steroidowe

Transkrypt

1 Leki przeciwzapalne

2 Leki przeciwzapalne Niesteroidowe (NSAID nonsteroidal anti-inflammatory drug) Steroidowe

3 Kwas acetylosalicylowy (Aspirin ) rok odkrycia 1897 (F. Hoffmann), rok wprowadzenia 1899 (Bayer) NSAID, przeciwko zapaleniom oraz gorączce Leki pochodne: ibuprofen, naproxen, celecoxib Struktura molekularna Obecna roczna produkcja > t też substancja aktywna (nie działa na COX) Pierwsze opisane użycie: Hipokrates 500 BC wyciąg z kory wierzby (łac. salix) Nieodwracalna inhibicja cyklooksygenazy (COX) i odwracalna inhibicja PLA 2 Działanie przeciwzakrzepowe: inhibicja COX w płytkach krwi (John Vane nagroda Nobla 1982 za odkrycie działania aspiryny) aspiryna.sce

4 Dimer COX-1 w błonie z inhibitorem źródło: wikipedia 1PTH sce

5 Fosfolipaza A 2 dostarcza substratu dla COX Wycinanie AA (substrat COX-1) z błony komórkowej przez fosfolipazę A 2 (PLA 2 ) PLA 2 zanurzona w błonie komórkowej 1OXR (PLA 2 z aspiryną) sce

6 Naproksen rok odkrycia lata 70, rok wprowadzenia 1976 (Syntex Co.) NSAID, przeciwko różnym rodzajom bólu, łagodnym zapaleniom oraz gorączce śr. p.bólowe (Tylenol) Struktura molekularna Strategie bezpośrednich modyfikacji Poprzednie leki - dużo efektów ubocznych (w szczeg. podrażnienia gastryczne) Wynikowe leki Naproxen: 2x silniejszy niż Ibuprofen i ma dłuższy 1/2 ~12h IBP-COX1.sce

7 Synteza czynników prozapalnych Synteza prostaglandyn (czynników prozapalnych) z kwasu arachidonowego Miejsce aktywne COX-1: A. z substratem (AA) 1DIY B. z Ibuprofenem 1EQG AA 4x sce

8 Przebieg procesów zapalnych Synteza czynników prozapalnych z kwasów -6 5-LOX 5-lipoksygenaza Synteza czynników przeciwzapalnych z kwasów -3

9 Przebieg zapalenia ogólnie + czynniki transkrypcyjne wielu genów prozapalnych w tym COX

10 Celekoksyb rok odkrycia lata 1993, rok wprowadzenia 1999 (Pfizer) NSAID, przeciwko ostrym bólom, chorobie zwyrodnieniowej stawów, zapaleniu stawów Struktura molekularna Działa tylko na COX-2 (COX-2 nie występuje w komórkach żołądka) działa tylko w miejscu zapalenia Konkurencyjny lek (Merck) - wycofany z rynku z powodu 1% zagrożenia atakiem serca Pochodna celekoksybu COX-2 ze związanym SC-558 PDB id: 1CX2 Większe miejsce aktywne niż w COX-1 inh_cox2.sce

11 Metotreksat rok odkrycia lata 1948 (Lederle), rok wprowadzenia 1953 przeciw-metaboliczny / przeciwzapalny / immonosupresant w szczególności: artretezm, choroba Crohna, łuszczyca (psoriasis) Struktura molekularna Kwas foliowy reguluje wzrost, funkcjonowanie i podział komórek MTX związany z DHFR (dihydrofolate reductase) Jest potrzebny także do budowy DNA: synteza tymidyny PDB id: 1RG7 Metotreksat, nawet w dawkach dużo mniejszych niż przeciwko nowotworom hamuje namnażanie limfocytów T i czynników zapalnych jak TNF-α i interleukiny-10 MTX.sce

12 Acetaminofen rok odkrycia 1873, rok wprowadzenia 1955 (McNeil Lab Johnson&Johnson) Inne nazwy: Paracetamol, acetyl-para-aminophenol (APAP) Przeciwbólowy, stosowany sam lub z oksykodonem Struktura molekularna NAPQI toksyczny produkt metabolizmu nadmiaru acetaminofenu przez cytochrom P450 uszkadza wątrobę (nieodwracalnie wiąże glutation) Wcześniejsze środki - efekt uboczny: zmniejszają stężenie tlenu we krwi (metabolizowane do acetaminofenu) (anandamid) Propozycje działania: (1) blokuje COX-3 (AM404) (2) blokuje receptory kanabinoidowe (jako pochodna anandamidu: AM404) blokuje COX-1 i COX-2 Oksykodon (agonista OR) mechanizm synergiczny Efekty uboczne podobne do morfiny ale mniej uzależnia morfina (agonista OR) morfina

13 Prednizon rok odkrycia lata 50, rok wprowadzenia 1955 (Pharmacia and Upjohn) steroid, przeciwzapalny: astma, choroba Crohna, + zapobieganie odrzucaniu przeszczepów Struktura molekularna m.in. hamuje fagocytozę prolek ( prednizolon) Zatrzymuje NaCl w organizmie Lek przeciw nadciśnieniu Efekty uboczne działania steroidów : np. osteoporoza Kortyzol b. szeroki zakres działania (tzw. hormon stresu) Kortyzon kortyzol w wątrobie Nagroda Nobla 1950 za odkrycie przeciwzapalnego działania steroidów Działanie: (1) wzrost ekspresji aneksyny-1 (inhibituje PLA 2 ) (2) zmniejsza wytwarzanie cytokin Aktywniejszy analog Prednizonu i z dłuższym czasem życia kortyzol i receptor kortyzolu.sce

14 Leki działające na receptory GPCR

15 Receptory GPCR (G-protein-coupled receptors) receptory sprzężone z białkiem G Ligandy, m.in. : Białko G (trimer) Fotony (widzenie), jony, substancje smakowe i zapachowe (związki chem.), lipidy, neurotransmitery, hormony. Kontrola w procesach, m.in. : - przekaźnictwo neuronalne - naczyniowo-sercowe - system immunologiczny - procesy nowotworowe Ok % leków jest skierowanych na receptory GPCR

16 Modele błony komórkowej Singer Nicholson model mozaikowy Science (1972) Obecny model DM Engelman, Nature (2005)

17 Model molekularny pęcherzyka endoplazmatycznego widok z zewnątrz widok rozciętego pęcherzyka Obrazy z mikroskopu elektronowego S.Takimori at al. Cell 2006

18 Dwie znane klasy białek błonowych

19 Receptory GPCR Rodzina A: Rhodopsin-like (znane struktury krystaliczne ) Dopaminowe, histaminowe, serotoninowe, r.chemokin, r.interleukin, opioidowe, canabinoidowe, melatoninowe, r. węchowe, Rodzina B: Secretin-like (znana struktura kryst. r. glukagonu ) Receptory hormonów: glukagonu, sekretyny, hormonu przytarczycy i in. Rodzina C: glutaminianowe / feromonowe GABA-B (wiążące kwas -aminomasłowy), receptory smakowe

20 Nadrodzina receptorów GPCR ok. 800 typów receptorów Nowy podział na rodziny Receptory glutaminianu Podobne do rodopsyny Adhezyjne Frizzled / smakowe Receptory sekretyny Glutamate Rhodopsin like Adhesion Frizzled / taste Secretin GRAFS nazwa tego podziału

21 Rodzina (A) - Rhodopsin like (zawiera 90% receptorów GPCR) Amine Peptide Hormone protein (Rhod)opsin Olfactory Prostanoid Nucleotide-like Cannabinoid Platelet activating factor Gonadotropin-releasing hormone Thyrotropin-releasing hormone & Secretagogue Melatonin Viral Lysosphingolipid & LPA (EDG) Leukotriene B4 receptor Orphans (receptory sieroce tzn. funkcja jeszcze nieznana )

22 GPCRs Rhodopsin like peptide Angiotensin Bombesin Bradykinin C5a anaphylatoxin APJ like Fmet-leu-phe Interleukin Chemokine CCK (cholecystokinin) Endothelin Melanocortin Neuropeptide Y Neurotensin Opioid Somatostatin Tachykinin Vasopressin-like Galanin like Protease-activated Orexin & neuropeptide FF Urotensin II Adrenomedullin (G10D) GPR37 / endothelin B Neuromedin U Somatostatin- and angiogenin peptide Allatostatin C / drostatin C Dalszy podział na podtypy: ( ) MOR, ( ) DOR, ( ) KOR

23 Drzewo filogenetyczne receptorów GPCR

24 Leki działające na receptory GPCR (receptory związane z białkiem G)

25 Receptory GPCR - działanie Budowa receptora GPCR (7TM) Helisy receptora GPCR są prostopadłe do powierzchni błony lipidowej Związanie liganda powoduje zmianę kształtu receptora

26 Receptory GPCR wzmocnienie sygnału Budowa białka G (G ) Po związaniu białka G z receptorem następuje wymiana GDP na GTP Podjednostka G aktywuje enzym cyklazę adenylanową (AC) która wytwarza c-amp (przekaźnik II-rodzaju), który z kolei aktywuje kanały jonowe.

27 Rodopsyna i proces widzenia Enzym fosfodiesteraza (PDE): zmniejsza stężenie przekaźników II-rodzaju (kanały jonowe zamykają się)

28 Struktura rodopsyny Grupy sacharydowe TM5 TM4 Retinal Łańcuchy palmitynowe TM6 TM3 TM2 TM7 TM1 H8 Izomeryzacja cis-trans retinalu GPCR.sce

29 Krystaliczne dimery rodopsyny H8 TM1 TM1 1HZX (2000 r.) monomery antyrównoległe TM5 TM5 1GZM (2003 r.)

30 Oligomer rodopsyny struktura hierarchiczna Obrazy z mikroskopu sił atomowych (AFM) D. Fotiadis et al., Nature 2003

31 Model natywnego oligomeru rodopsyny Protein Data Bank, id=1n3m (2003)

32 Rola dimeryzacji w cyklu życiowym receptorów GPCR S.Terrillon at al. EMBO Rep. 2004

33 Struktury krystaliczne receptorów GPCR Rodopsyna 2000 r. Receptor 2 AR 2007 r. Receptor A 2A R 2008 r. GPCR.sce

34 Nagroda Nobla z Chemii 2012 Robert J. Lefkowitz Howard Hughes Medical Institute, Duke University Medical Center, Durham, NC, USA Brian K. Kobilka Stanford University School of Medicine, Stanford, CA, USA "for studies of G-protein-coupled receptors" Prace nad: receptory adrenergiczne α i β, kinaza GRK, sygnalizacja przez arestynę.

35 Obecne techniki krystalizacyjne dla GPCR Mikrokrystalografia Stabilizacja termiczna przez mutacje Stabilizujące białka: lizozym, apocytochrom, przeciwciało 2 -adrenergic receptor Neurotensin receptor

36 Białka stabilizujące strukturę GPCR Structure 2012

37 Sygnalizacja receptorów GPCR Protease activated receptor Kobilka lab, Nature 2012

38 Własności ligandów receptorów Agonista Antagonista Inwersyjny agonista

39 Funkcjonalna selektywność ligandy stronnicze

40 Funkcjonalna selektywność przykłady Zwiększone zniesienie bólu Depresja oddechowa Skurcz mięśni gładkich, zatrzymanie Na + i płynów Kurczliwość serca, Apoptoza komórek serca

41 Ligandy receptorów serotoninowych 5-HT Ergotamina wielkocząsteczkowy alkaloid otrzymywany ze sporyszu. Lek (powoduje skurcz mięśni gładkich) i używany m.in. do produkcji LSD. GPCR.sce

42 Sygnalizacja stronnicza przez arestynę hipoteza kodów kreskowych

43 Różne typy ligandów receptora 2 AR J.J. Liu et al, Science 2012

44 Salmeterol Agonista receptora β 2 AR, lek przeciwastmatyczny Struktura molekularna Długodziałający lek rozszerzający oskrzela, Efekty uboczne: zaburzenia rytmu serca Lek krótko- ale szybko-działający. Stosowane są też kombinacje tych leków. 2 AR, 1 AR,

45 Loratadyna (Klarytyna ) Przeciwalergiczny (II generacja), lek pochodny: Cetrizine (Zyrtec) Struktura molekularna loratadyny 1 - alergeny 2 - immunoglobuliny E (IgE) istotne w obronie przeciw patogenom, 3 receptor wiążący IgE 4,7 wydzielanie histaminy, prostaglandyn i leukotrienów (czynników prozapalnych) Wytwarzanie histaminy w organiźmie Pierwszy lek antyhistaminowy (efekt uboczny: senność) Izomery cetryzyny Blokują receptor histaminowy H 1, (blokery receptora H 2 zmniejszają wydzielanie kwasu w żołądku)

46 Przewodnictwo neuronalne W mózgu jest ok neuronów i synaps (połączeń między neuronami) Każdy neuron tworzy ok 25 tys. połączeń Model działania synapsy

47 Rodzaje neurotransmiterów Acetylocholina Najpowszechniejszy neurotransmiter (brak w ch. Alzheimera) Muskaryna Rec. muskarynowe (acetylocholinowe machr) Zasady purynowe (ATP, GTP) (brak w ch. Parkinsona) Monoaminy Aminokwasy Około 50 różnych reurotransmiterów Peptydy (+endorfiny, enkefaliny, itp.)

48 Wpływ związania liganda na zmiany struktury receptorów GPCR Niezerowa aktywność podstawowa Bokoch et al. (B. Kobilka lab) Nature 2010 B. Kobilka, Cell 2013

49 Lokalizacja głównych mikroprzełączników w receptorach GPCR X Nygaard et al. TiPS 2009

50 Ligandy receptorów opioidowych Fentanyl (lata 50 XX w.) lek syntetyczny - przeciwbólowy, nienarkotyczny - 100x silniejszy od morfiny - Agonista MOR Morfina wyizolowana w 1805 r. z wyciągu z opium - własności narkotyczne i przeciwbólowe, zaburzenia oddychania. agonista MOR Silniejsze i krócej działające analogi fentanylu antagonista MOR agonista KOR antagonista MOR x - do usypiania dużych zwierząt Jedyne dwie substancje z wyciągu z opium nie powodujące uzależnienia 1.000x w chirurgii morph_fentanyl.sce

51 Miejsce wiązania liganda w receptorach opioidowych Naltrekson (antagonista) - OR Butorfanol (agonista) - OR

52 Przejście z pozycji antagonisty do agonisty TM3 TM3 D3.32 Y7.43 Y3.33 D3.32 Y7.43 H6.52 H6.52 W6.48 TM6 TM7 TM6 TM7 Dwie pozycje naltreksonu antagonisty (zielony) i agonisty (pom.) Morfina oba przełączniki ON

53 Schemat aktywacji receptorów opioidowych Schemat pierwszego etapu aktywacji receptora Morfina - OR

54 Efekty allosteryczne jonów sodowych Yuan et al. Angew. Chem. 2013

55 Podobieństwo agonistów i antagonistów receptorów GPCR Struktura krystaliczna receptora opioidowego kappa

56 SASA (Solvent Accessible Surface Area) dla agonistów i antagonistów receptora κor Parametr SASA był liczony dla ortosterycznego miejsca wiązania liganda. Obliczenia oparte na końcowych 5 ns z 20 ns pełnoatomowej symulacji MD

57 Schemat działania lewalorfanu w receptorach opioidowych κor i μor Lewalorfan działa jako antagonista w μor, zmniejsza SASA, blokując napływ wody do receptora.

58 W otwiera bramę do utworzenia ciągłej ścieżki wodnej w A 2A R Antagonista ZMA Agonista NECA Postęp symulacji MD Na ruch cząsteczek wody wpływa obecność jonu Na + co indukuje zmianę konformacyjną reszty Y i utworzenie ciągłej ścieżki wodnej przez receptor. Yuan et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2015

59 Centralny mikroprzełącznik w receptorach kanabinoidowych Agonista (THC) zadokowany do miejsca wiążącego w receptorze CB 1 Zmiana rotamerów w aminokwasach mikroprzełącznika Latek et al. JMM 2011

60 Ortosteryczne i allosteryczne miejsca wiązania ligandów Lokalizacja cholesterolu w kompleksach receptorów 2 AR Równoczesne wiązanie dwu ligandów w receptorze sfingozyny S1P 2 R (model) Satsu et al. BMC 2013

61 Ligandy allosteryczne - pepducyny Sekwencja peptydu pepducyny jest identyczna z sekwencją jednej z pętli IC receptora GPCR Działają jako agoniści lub antagoniści Działanie jako agonista. Model struktury z białkiem G Porównanie ze strukturą dimeru receptora GPCR

62 Strategie działania leków na synapsy 1. Dostarczanie neuroprzekaźnika 2. Aktywacja lub blokowanie receptora 3. Blokowanie wychwytu neuroprzekaźnika (transportera lub enzymu)

63 Ad. 1. Levodopa (Larodopa ) Dostarczanie neuroprzekaźnika Stosowana przy niedoborze dopaminy w chorobie Parkinsona. Przekracza barierę krew-mózg jako aminokwas (podobieństwo do Tyr) Lek wspomagający: Wytwarzanie w organiźmie Sama dopamina nie przekracza bariery krewmózg (BBB blood-brain barier) Inhibitor dekarboksylazy L-aminokwasowej (ale nie w mózgu bo carbidopa nie przekracza BBB dzięki czemu dużo więcej Levodopy przechodzi do mózgu i tworzy dopaminę)

64 Ad. 2. Leki przeciwlękowe Agoniści receptorów serotoninowych (5-HT 5-hydroksytryptofan (prekursor serotoniny)) Benzodiazepiny wcześniejsze leki (ryzyko uzależnienia) działają na receptor GABA A GABA A receptor - kanał chlorkowy GABA B receptor GPCR (powiązany z kanałami K + i Ca 2+ poprzez białko G) Buspiron agonista receptora serotoninowego 5-HT 1A + antagonista receptora dopaminowego D 2 + zmniejsza stężenie acetylocholiny

65 Ad. 3. Leki przeciwdepresyjne Inhibitory wychwytu zwrotnego neuroprzekaźników: serotoniny, norepinefryny i dopaminy Działanie antyschizofreniczne Działanie przeciwdepresyjne (ale dużo efektów ubocznych) TCA tricyclic antidepressant Lek drugiej generacji inhibituje wychwyt tylko norepinefryny (z powodu blokowania także kanałów jon. zastąpiony przez SSRI) SSRI selective serotonin reuptake inhibitor (inhibitor wychwytu zwrotnego serotoniny)

66 Trucizny a leki + Kurara Tubokuraryna Antagonista receptora nikotynowego (lek zwiotczający mięśnie) Nikotyna agonista Nicotiana tabacum acetylocholina Czarna mamba Dendrotoksyny Blokują kanały jonowe i receptory muskarynowe (m-acetyloholinowe) Muskaryna agonista Amanita muscaria

67 Dwa rodzaje receptorów acetylocholinowych Receptor muskarynowy (GPCR) m-acetylocholinowy Receptor nikotynowy (kanał jonowy) i-acetylocholinowy

68 Dimeryzacja receptorów GPCR znaczne rozszerzenie funkcjonalności tych receptorów Odpowiedź receptorów opioidowych delta i kappa na związanie agonisty 6 -GNTI Dimer receptora opioidowego kappa: