Komputerowe wspomaganie projektowanie leków



Podobne dokumenty
Podstawy projektowania leków wykład 11

Farmakofory. metody QSAR

QSAR i związki z innymi metodami. Karol Kamel Uniwersytet Warszawski

cz. VII Metody projektowania leków i modelowanie molekularne

Komputerowe wspomaganie projektowanie leków

Informacje uzyskiwane dzięki spektrometrii mas

Cel modelowania neuronów realistycznych biologicznie:

Komputerowe wspomaganie projektowanie leków

spektroskopia UV Vis (cz. 2)

WITAMINY.

RJC. 1 Kwasy i Zasady. Kwasy i zasady Brønsteda Stabilizacja Rezonansowa Kwasy i Zasady Lewisa HA + B: A - + BH + Slides 1 to 35

Opis programu do wizualizacji algorytmów z zakresu arytmetyki komputerowej

Podatek przemysłowy (lokalny podatek od działalności usługowowytwórczej) :02:07

Projekt MES. Wykonali: Lidia Orkowska Mateusz Wróbel Adam Wysocki WBMIZ, MIBM, IMe

Lek od pomysłu do wdrożenia

HAŚKO I SOLIŃSKA SPÓŁKA PARTNERSKA ADWOKATÓW ul. Nowa 2a lok. 15, Wrocław tel. (71) fax (71) kancelaria@mhbs.

Politechnika Warszawska Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych ul. Koszykowa 75, Warszawa

Co zrobić, jeśli uważasz, że decyzja w sprawie zasiłku mieszkaniowego lub zasiłku na podatek lokalny jest niewłaściwa

Statystyczna analiza danych w programie STATISTICA. Dariusz Gozdowski. Katedra Doświadczalnictwa i Bioinformatyki Wydział Rolnictwa i Biologii SGGW

Analiza sytuacji TIM SA w oparciu o wybrane wskaźniki finansowe wg stanu na r.

Rudniki, dnia r. Zamawiający: PPHU Drewnostyl Zenon Błaszak Rudniki Opalenica NIP ZAPYTANIE OFERTOWE

Adres strony internetowej, na której Zamawiający udostępnia Specyfikację Istotnych Warunków Zamówienia:

WYJASNIENIA I MODYFIKACJA SPECYFIKACJI ISTOTNYCH WARUNKÓW ZAMÓWIENIA

OGŁOSZENIE O ZAMÓWIENIU

ET AAS 1 - pierwiastkowa, GW ppb. ICP OES n - pierwiastkowa, GW ppm n - pierwiastkowa, GW <ppb

OZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU W PRÓBCE WINA METODĄ ATOMOWEJ SPEKTROMETRII ABSORPCYJNEJ Z ATOMIZACJA W PŁOMIENIU

SCENARIUSZ ZAJĘĆ SZKOLNEGO KOŁA NAUKOWEGO Z PRZEDMIOTU CHEMIA PROWADZONEGO W RAMACH PROJEKTU AKADEMIA UCZNIOWSKA

Podstawowe działania w rachunku macierzowym

KLAUZULE ARBITRAŻOWE

Zarządzanie projektami. wykład 1 dr inż. Agata Klaus-Rosińska

Zapisy na kursy B i C

+ + Struktura cia³a sta³ego. Kryszta³y jonowe. Kryszta³y atomowe. struktura krystaliczna. struktura amorficzna

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015. Forma studiów: Stacjonarne Kod kierunku: 06.

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

ROZWIĄZANIA PRZYKŁADOWYCH ZADAŃ. KORELACJA zmiennych jakościowych (niemierzalnych)

Posiadane punkty lojalnościowe można również wykorzystać na opłacenie kosztów przesyłki.

Warunki Oferty PrOmOcyjnej usługi z ulgą

REGULAMIN ZARZĄDU Stowarzyszenia Dolina Karpia

Objaśnienia do Wieloletniej Prognozy Finansowej na lata

Klasyfikacja i oznakowanie substancji chemicznych i ich mieszanin. Dominika Sowa

KONTENERY KONTENERY CHŁODNIE. Gama NASZE ROZWIĄZANIE CHŁODNICTWA STACJONARNEGO.

Jak przerwać klincz - ocena i optymalizacja dawek w narządach krytycznych w brachyterapii prostaty, algorytmy obliczeniowe i metody aplikacji izotopu

Opinie Polaków na temat zniesienie granic wewnętrznych w UE w rok po wejściu Polski do strefy Schengen

Zapytanie ofertowe. (do niniejszego trybu nie stosuje się przepisów Ustawy Prawo Zamówień Publicznych)

Seminarium 1:

Automatyczne przetwarzanie recenzji konsumenckich dla oceny użyteczności produktów i usług

Chemia i technologia materiałów barwnych BADANIE WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW BARWNYCH WYKORZYSTANIEM SPEKTROFOTOMETRII UV-VIS.

ZAPYTANIE OFERTOWE z dnia r

Człowiek najlepsza inwestycja

I. 1) NAZWA I ADRES: Powiatowe Centrum Pomocy Rodzinie, ul. Skarbowa 1, Stargard Szczeciński,

Spektroskopia UV-VIS zagadnienia

Lista standardów w układzie modułowym

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

P R O C E D U R Y - ZASADY

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

1. Rozwiązać układ równań { x 2 = 2y 1

Obowiązek wystawienia faktury zaliczkowej wynika z przepisów o VAT i z faktu udokumentowania tego podatku.

PODSTAWY METROLOGII ĆWICZENIE 4 PRZETWORNIKI AC/CA Międzywydziałowa Szkoła Inżynierii Biomedycznej 2009/2010 SEMESTR 3


Skrócone sprawozdanie finansowe za okres od r. do r. wraz z danymi porównywalnymi... 3

Odpowiedzi na pytania zadane do zapytania ofertowego nr EFS/2012/05/01

Pozostałe procesy przeróbki plastycznej. Dr inż. Paweł Rokicki Politechnika Rzeszowska Katedra Materiałoznawstwa, Bud. C, pok. 204 Tel: (17)

Technologie Informacyjne

Tematy prac licencjackich w Zakładzie Fizjologii Zwierząt

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA

Bielsko-Biała, dn r. Numer zapytania: R WAWRZASZEK ISS Sp. z o.o. ul. Leszczyńska Bielsko-Biała ZAPYTANIE OFERTOWE

Uchwała z dnia 20 października 2011 r., III CZP 53/11

SPEKTROSKOPIA LASEROWA

Adres strony internetowej, na której Zamawiający udostępnia Specyfikację Istotnych Warunków Zamówienia:

Techniczne nauki М.М.Zheplinska, A.S.Bessarab Narodowy uniwersytet spożywczych technologii, Кijow STOSOWANIE PARY WODNEJ SKRAPLANIA KAWITACJI

Udoskonalona wentylacja komory suszenia

Kancelaris - Zmiany w wersji 2.50

tel/fax lub NIP Regon

GPD Gumowe wkłady uszczelniaja ce

GEO-SYSTEM Sp. z o.o. GEO-RCiWN Rejestr Cen i Wartości Nieruchomości Podręcznik dla uŝytkowników modułu wyszukiwania danych Warszawa 2007

Wniosek o ustalenie warunków zabudowy

Nowości w module: BI, w wersji 9.0

Urządzenie do odprowadzania spalin

Jak usprawnić procesy controllingowe w Firmie? Jak nadać im szerszy kontekst? Nowe zastosowania naszych rozwiązań na przykładach.

Nagroda Nobla z fizjologii i medycyny w 2004 r.

Logowanie do systemu Faktura elektroniczna

Epidemiologia weterynaryjna

Projektowanie Nowych Chemoterapeutyków

Scenariusz lekcji fizyki

Centrum Informatyki "ZETO" S.A. w Białymstoku. Instrukcja użytkownika dla urzędników nadających uprawnienia i ograniczenia podmiotom w ST CEIDG

Świadomość Polaków na temat zagrożenia WZW C. Raport TNS Polska. Warszawa, luty Badanie TNS Polska Omnibus

UMOWA (wzór) zawarta w dniu... w Płaskiej, pomiędzy: Gminą Płaska, Płaska 53, Płaska, NIP , REGON ,

JĄDROWY REZONANS MAGNETYCZNY

4.3. Warunki życia Katarzyna Gorczyca

Adres strony internetowej, na której Zamawiający udostępnia Specyfikację Istotnych Warunków Zamówienia:

z dnia 31 grudnia 2015 r. w sprawie ustawy o podatku od niektórych instytucji finansowych

Promocja i identyfikacja wizualna projektów współfinansowanych ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA DO ZAPYTANIA KE1/POIG 8.2/13

Minimalne wymagania odnośnie przedmiotu zamówienia zawarto w punkcie I niniejszego zapytania.

Państwa członkowskie - Zamówienie publiczne na usługi - Ogłoszenie o zamówieniu - Procedura otwarta. PL-Warszawa: Usługi hotelarskie 2011/S

Warszawa, woj. mazowieckie, tel , faks

Objaśnienia wartości, przyjętych do Projektu Wieloletniej Prognozy Finansowej Gminy Golina na lata

Organizator badania biegłości ma wdrożony system zarządzania wg normy PN-EN ISO/IEC 17025:2005.

Transkrypt:

Komputerowe wspomaganie projektowanie leków wykład VII Prof. dr hab. Sławomir Filipek Grupa BIOmodelowania Uniwersytet Warszawski, Wydział Chemii oraz Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych Cent-III www.biomodellab.eu 3D-QSAR Quantitative Structure-Activity Relationship 3D-QSAR pozwala na uzyskanie korelacji pomiędzy polami oddziaływań molekularnych w otoczeniu ligandów a aktywnościami tych związków. Pola oddziaływań sterycznych i elektrostatycznych (korzystne i niekorzystne) 2 1

Różnice pomiędzy QSAR i 3D-QSAR MIF - Molecular Interactions Fields s steric es - electrostatic Deskryptory niezależne od (x,y,z) liczba wiązań rotowalnych, liczba donorów/akceptorów wiązań wodorowych, HOMO/LUMO, Wielkości mierzone w różnych punktach przestrzeni dużo więcej deskryptorów. 3 Wyznaczanie oddziaływań związków z sondami molekularnymi Sonda elektrostatyczna (ładunek punktowy H + ) tylko siły elektrostatyczne Sonda hydrofobowa (grupa metylowa atom C_sp 3 ) tylko siły van der Waalsa Sondy wieloatomowe -OH, -NH 2, -NH 3+, -COO, -COOH, H 2 O, siły van der Waalsa + siły elektrostatyczne (trzeba uwzględnić obroty sondy w celu znalezienia najlepszego oddziaływania z ligandem) 4 2

Wykorzystanie siatek (gridów) do umieszczania sond molekularnych Obliczenia przeprowadza się tylko dla sond umieszczonych w węzłach sieci. Ograniczenie tylko do pewnego obszaru w przestrzeni zmniejsza czas obliczeń. Liczba obliczeń = N probes * N grid points * N compounds 5 Obliczanie pól elektrostatycznych prawo Coulomba 6 3

Obliczanie pól sterycznych potencjał 6-12 Lennarda-Jonesa 7 Rodzaje pól molekularnych Elektrostatyczne (jednoatomowa sonda H + ) Steryczne (jednoatomowa sonda -CH 3 ) HB donorowe (jednoatomowa sonda amidowy wodór N-H*) HB akceptorowe (jednoatomowa sonda karbonylowy tlen C=O*) Hydrofobowe (sonda H 2 O) Grup funkcyjnych (wieloatomowe sondy dla naładowanych lub obojętnych grup: -NH 2, -NH 3+, -COO, -COOH, ) 8 4

Wykorzystanie pól molekularnych GRID wartości oddziaływań dla pojedynczych ligandów dla różnych sond analiza korelacji pól molekularnych z aktywnościami biologicznymi związków z wykorzystaniem wizualizacji 3D 9 CoMFA Comparative Molecular Field Analysis Pierwsza metoda MFA R. D. Cramer 1988 Założenia: (1) związki w konformacjach bioaktywnych (2) nałożone na siebie tak jak w miejscu aktywnym 10 5

Poszukiwanie korelacji z polami molekularnymi IC 50 half maximal inhibitory concentration Można wyznaczyć jako stężenie badanego związku przy 50% wyparcia związku odnośnikowego z celu molekularnego 11 Ogólny schemat metody CoMFA 12 6

Założenia metody CoMFA Taki sam mechanizm działania (ten sam cel molekularny) Wiązanie się do tego samego miejsca aktywnego Wiązanie się w ten sam sposób Podobne efekty entropowe dla wszystkich związków (podobna giętkość związków) Podobne efekty desolwacyjne dla wszystkich związków (podobna wielkość związków i podobny stosunek powierzchni lipofilowej do hydrofilowej) 13 Zależność korelacji od dopasowania związków Rzeczywiste nałożenie (struktury kryst. z enzymem CP450-cam) Rzeczywiste nałożenie w miejscu aktywnym może być różne nawet dla bardzo podobnych związków 14 7

Sposoby nakładania związków Nakładanie odpowiadających sobie atomów i/lub pseudoatomów ze wspólnego szkieletu molekularnego Nakładanie grup farmakoforowych 15 Sposoby nakładania związków Nakładanie według kształtu związków Nakładanie według obliczonych pól molekularnych (nie wymaga znajdowania odpowiadających sobie atomów) Niebieski potencjał elstat. dodatni Czerwony potencjał elstat. ujemny 16 8

Sposoby nakładania związków Nakładanie według kształtu potencjału elektrostatycznego Niebieski potencjał elstat. dodatni Czerwony potencjał elstat. ujemny Nakładanie według dokładnych orientacji związków (ze struktur krystalicznych lub dokowania) sposób idealny 17 Równanie QSAR w CoMFA 18 9

Problem nadmiaru deskryptorów w stosunku do liczby związków Dla uzyskania dobrej statystyki potrzeba aby liczba związków była 3-5 razy większa niż liczba deskryptorów 19 Metoda (częściowych) najmniejszych kwadratów Klasyczna metoda najmniejszych kwadratów (najmniejsze pole sumy kwadratów) Eliminacja deskryptorów skorelowanych - nowe nieskorelowane deskryptory t 1, t 2, 20 10

Redukcja liczby deskryptorów Jeden deskryptor zamiast trzech Uzyskiwanie pierwszego głównego czynnika t 1 : najlepiej opisuje rozmieszczenie punktów w przestrzeni X 21 Analiza czynnikowa czynniki t 1, t 2, nie mają znaczenia strukturalnego Kolejny czynnik główny musi być prostopadły do pierwszego (tylko wtedy brak korelacji między nimi) Nowe równanie QSAR: IC 50 = c 1 t 1 + c 2 t 2 + c n t n + k 22 11

Przewidywanie aktywności nowych związków Przewidywanie wykonuje się na podstawie uzyskanego równania regresji i nowych wartości czynników t. Do otrzymania równania regresji oprócz PLS wykorzystuje się także: (1) algorytmy genetyczne i (2) metodę sieci neuronalnych 23 Powrót do oryginalnych czynników s i, e i - czynniki nieortogonalne t i - czynniki ortogonalne 24 12

Mapy konturowe CoMFA Pole oddziaływań sterycznych Pole oddziaływań elektrostatycznych 25 Znaczenie kolorów do opisu map CoMFA Zielony: Żółty: steryczne - korzystne steryczne - niekorzystne Niebieski: dodatni ładunek i HB donor - korzystne ujemny ładunek i HB akceptor - niekorzystne Czerwony: ujemny ładunek i HB akceptor - korzystne dodatni ładunek i HB donor - niekorzystne Brak mapy CoMFA dla tego rejonu odpowiada brakowi zmienności związków w tym rejonie W klasycznym CoMFA są używane tylko dwie sondy: do oddziaływań sterycznych i elektrostatycznych 26 13

Problem stabilności map CoMFA Małe zmiany w nałożeniu związków mogą prowadzić do dużych zmian w mapach 27 Związki referencyjne steroidy Cramer 1988 21 steroidów 28 14

Inne metody 3D-QSAR Nie ma najlepszej metody wybór zależy od zestawu związków do analizy 29 Omówienie niektórych metod 3D-QSAR CoMSIA (comparative molecular similarity index analysis G. Klebe): potencjały zmiękczane przez funkcje Gaussa na atomach i przez to mniej czuła na zmiany w nałożeniu związków i orientacji siatki. Dodatkowe sondy: HB donor i HB akceptor, hydrofobowa. HQSAR (Hologram QSAR T. Heritage): struktury związków zakodowane jako ciągi binarne. Nie wymaga nakładania molekuł może analizować duże zbiory danych. Obecność grup funkcyjnych lub fragmentów molekularnych w danym miejscu tworzy deskryptor. GRIND (Grid INdependent Descriptors G. Gruciani): Używa kombinacji kilku uproszczonych pól molekularnych. Deskryptory oparte na strukturach 3D ale niezależne od orientacji związków w przestrzeni. 30 15

Omówienie niektórych metod 3D-QSAR QuaSAR (Quasi-atomistic SAR A. Vedani) pseudoreceptory: powłoka pseudoatomów wokół nałożonych związków (brak siatki). Nowe typy pseudoatomów np. HB flip/flop. Możliwe efekty dopasowania indukcyjnego dopasowanie kształtu powłoki. 4D,5D,6D-QSAR (wielowymiarowe QSAR A. Vedani): uwzględnia wiele konformacji i stanów protonacyjnych tego samego liganda (4D); + hipotetyczne stany dopasowania liganda i receptora (5D); + hipotetyczne stany liganda uwzględniające efekty rozpuszczalnikowe (6D). RD-QSAR (Receptor-Dependent QSAR): uwzględnia strukturę receptora; np. z danymi strukturalnymi receptora estrogenowego, androgenowego i cytochromu P450 do prognozowania toksyczności związków. Wykorzystuje metodę 5D-QSAR: efekty indukcyjne dopasowania ligand-receptor są bardziej realistyczne. 31 Pseudoreceptory (QuaSAR) Używane potencjały: - Hydrofobowy - Jonowy dodatni - Jonowy ujemny - Donor wiązania H - Akceptor wiązania H - Hydrofobowy dodatni - Hydrofobowy ujemny Powierzchnia molekularna zamiast gridu 32 16

Pseudoreceptory Pseudoreceptor i tworzące go ligandy Oddziaływanie badanej cząsteczki z pseudoreceptorem 33 Pseudoreceptory Optymalizacja wewnątrz pseudoreceptora 4 najbardziej aktywne ligandy wszystkie ligandy ligandy po optymalizacji 34 17

Minireceptory Możliwość dowolnego umiejscowienia aminokwasów wokół ligandów zgodnie z informacjami biochemicznymi o oddziaływaniach z receptorem 35 Minireceptory Nat. Rev. Drug. Discov. 2008 36 18

Zastosowanie algorytmów genetycznych do optymalizacji minireceptora Niektóre aminokwasy nie mogą się znaleźć w wyznaczonych miejscach ze względów sterycznych Nat. Rev. Drug. Discov. 2008 37 Czynniki wpływające na skuteczność metod QSAR solwatacja liganda i receptora farmakokinetyka leku: ADMET absorption, distribution, metabolism, excretion, toxicity Reguła 5 Lipinskiego (pasywna absorpcja jelitowa ) związek nie będzie dobrym lekiem gdy: MW > 500 [g/mol lub Da] clog P > 5 (calculated logp) HBA (N, O) > 10 HBD (N-H, O-H) > 5 38 19

QSPR - predykcja własności ADMET Predykcja toksyczności - opcja 2D/3D LD - Lethal Dose Dawka śmiertelna 39 QSPR - predykcja własności ADMET SYBYL / Tripos Inc. 40 20

Elementy farmakokinetyki lek doustny - pigułka musi być rozpuszczalna w wodzie musi przeżyć kontakt z kwasem solnym w żołądku, zostać wchłonięta w jelitach i dostać się do krwioobiegu musi być odporna na enzymy w wątrobie oraz na enzymy zawarte we krwi lek lipofilowy może być zatrzymany w tkance tłuszczowej anionowy może być związany przez białka osocza krwi kationowy może być związany przez kwasy nukleinowe musi uniknąć wydalenia przez nerki lub przewodem żółciowym jeśli celem leku jest CUN musi pokonać barierę krew-mózg jeśli działa na enzym musi przejść przez błonę komórkową 41 Czynniki wpływające na dotarcie leku do celu stabilność chemiczna leki z labilnymi chemicznie grupami: penicyliny -pierścień -laktamowy wrażliwy na hydrolizę; leki cholinergiczne - grupa estrowa wrażliwa na hydrolizę; zastrzyki albo zabezpieczenia labilnych grup (proleki) stabilność metaboliczna reakcje fazy I niespecyficzne enzymy (głównie w wątrobie) dodają polarne grupy (utlenianie) lub "demaskują" ukryte grupy polarne (demetylacja). Bardziej polarne substancje są skuteczniej wydalane w nerkach. Reduktazy redukują -NO 2, -N=N- i >C=O. Esterazy hydrolizują estry i amidy. 42 21

Czynniki wpływające na dotarcie leku do celu reakcje fazy II reakcje sprzęgania polarnych grup prowadzące do jeszcze większej polarności wydalane z moczem 43 Leki peptydowe Bardzo dobre działanie w testach in vitro zarówno na izolowanych receptorach i całych komórkach Niedobre własności w testach klinicznych: Szybka proteoliza (rozkład na aminokwasy) Szybki metabolizm (przetwarzanie) Słabe własności transportowe Szybkie wydalanie 44 22

Strukturalne modyfikacje peptydów Peptyd Modyfikacje łańcuchów bocznych Mostkowanie Cyklizacja Związek mniej peptydowy Modyfikacja węgli C Modyfikacja wiązań peptydowych Związek niepeptydowy Nowa główna struktura chemiczna - modelowanie de novo 45 Modyfikacje łańcuchów bocznych Przykłady modyfikacji 46 23

Cyklizacja krótkozasięgowa - mostkowanie Mostkowanie ogranicza liczbę konformacji - konieczność dopasowania do konformacji bioaktywnych 47 Cyklizacja łańcucha peptydowego 48 24

Modyfikacje wiązania peptydowego Modyfikacje grupy C=O 49 Modyfikacje węgla C Naturalna konf. -turn azapeptydy borapeptydy 50 25

Wydłużanie łańcucha głównego 51 Modelowanie de novo Thyrotropin-Releasing Hormone (TRH) nowy szkielet molekularny 52 26

Endogenne peptydy opioidowe i ich modyfikacje Farmakofor 53 Nowy szkielet molekularny na bazie cykloheksanu Dodawanie grupy aminowej Dodatkowa grupa hydrofobowa 54 27

Nowy związek przeciwbólowy J.D. Hruby, J. Med. Chem. 1998 Nałożenie na farmakofor i DPDP Tylko 2 miejsca farmakoforowe nałożone. Potrzebny nowy farmakofor dla tej nowej klasy związków 55 Struktury receptorów opioidowych droga do bardziej selektywnych leków Kobilka lab, Nature 2012 56 28

Miejsce wiążące w receptorze opioidowym OR struktura nieaktywna z antagonistą Kontakty receptora z antagonistą. Jak wiążą się agoniści? Cząsteczki wody w miejscu wiążącym Miejsce do potencjalnych modyfikacji liganda? Kobilka lab, Nature 2012 57 29