Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Открытие перорально неактивный пептид из змеиного яда установило важную роль ангиотензинпревращающего фермента (АПФ) ингибиторы в регуляции кровяного давления . Это привело к развитию в каптоприл , первый ингибитор АПФ . Когда побочные эффекты каптоприла стали очевидными, были разработаны новые производные. Затем, после открытия двух активных сайтов АПФ: N-домена и C-домена, началась разработка доменно-специфических ингибиторов АПФ. [1] [2]

Разработка ингибиторов АПФ первого поколения [ править ]

Разработка нонапептидного тепротида ( Glu - Trp - Pro - Arg -Pro- Gln - Ile -Pro-Pro), который первоначально был выделен из яда бразильской гадюки Bothrops jararaca , в значительной степени прояснила важность АПФ при гипертонии . Однако отсутствие у него пероральной активности ограничивало его терапевтическую ценность. [3] [4]

L - бензил нтарной кислоты (2 (R) -бензил-3-carboxypropionic кислота) была описана наиболее мощным ингибитором карбоксипептидазы А в начале 1980 - х годов. В авторах называют это как побочным продуктом аналог , и было предложено , чтобы связываться с активным сайтом карбоксипептидазы А через сукцинила карбоксильную группу и карбонильной группы . Их результаты установили, что L-бензилянтарная кислота связывается в одном локусе в активном центре карбоксипептидазы A. Авторы обсуждали, но отклонили предположение, что карбоксилатная функция может связываться с каталитически функциональным цинком. ион, присутствующий в активном центре. Однако позже выяснилось, что так оно и было. [3] [5] [6]

Дизайн препарата каптоприла (сульфгидрилов) [ править ]

Каптоприл, ингибитор сульфгидрила АПФ.

Более 2000 соединений были случайно протестированы в тесте подвздошной кишки морской свинки, и было обнаружено, что сукцинил-L-пролин обладает свойствами специфического ингибитора АПФ. Он показал ингибирующий эффект ангиотензина I и брадикинина, не оказывая никакого влияния на ангиотензин II . Затем исследователи начали поиск модели, которая объяснила бы ингибирование на основе конкретных химических взаимодействий соединений с активным центром АПФ. [5] Предыдущие исследования субстратов и ингибиторов АПФ показали, что это цинксодержащий металлопротеин и карбоксипептидаза, подобная панкреатическойкарбоксипептидазы А. Однако ACE выпускает дипептиды , а не одиночные аминокислоты от С-конца из пептидных субстратов. Предполагалось, что и механизм их действия, и активный сайт могут быть похожими. Считалось, что положительно заряженный Arg 145 в активном центре связывается с отрицательно заряженной C-концевой карбоксильной группой пептидного субстрата. Было также высказано предположение, что АПФ связывается за счет водородной связи с концевой, неровной пептидной связью субстрата. [3]

Но поскольку АПФ представляет собой дипептид карбоксипептидазу, в отличие от карбоксипептидазы А, расстояние между катионным карбоксилсвязывающим сайтом и атомом цинка должно быть больше, примерно на длину одного аминокислотного остатка. Пролин был выбран в качестве аминокислотного фрагмента из-за его присутствия в качестве аминокислотного остатка на конце карбокси в тепротиде и других ингибиторах АПФ, обнаруженных в ядах змей. Были протестированы еще 11 аминокислот, но ни одна из них не оказалась более ингибирующей. Было высказано предположение, что производное сукциниламинокислоты должно быть ингибитором АПФ, и было обнаружено, что таким ингибитором является сукцинил-L-пролин. [3] [5] [7]

Также было известно, что природа предпоследнего аминокислотного остатка пептидного субстрата для АПФ влияет на связывание с ферментом. Ацильная группа из carboxyalkanoyl аминокислотных связывает ион цинка фермента и занимает ту же позицию в активном сайте ACE в качестве предпоследнего. Следовательно, заместитель ацильной группы также может влиять на связывание с ферментом. Было обнаружено, что 2- метильный заместитель с D-конфигурацией усиливает ингибирующую способность примерно в 15 раз по сравнению с сукцинил-L-пролином. Затем начались поиски группы, которая лучше связывает цинк. Замена сукцинилкарбоксильной группы азотсодержащими функциональными группами ( амин , амидили гуанидин ) не усиливали ингибирующую активность. Однако прорыв в эффективности был достигнут за счет замены карбоксильной группы на сульфгидрильную группу ( SH ), группу с большим сродством к связывающемуся с ферментом иону цинка. В результате был получен мощный ингибитор, который был в 1000 раз более сильным, чем сукцинил-L-пролин. [3] [7] Оптимальная длина цепи ацила для меркапто алканоилоПроизводные пролина оказались 3-меркаптопропаноил-L-пролином, в 5 раз превосходящим производные 2-меркаптоалканоила и в 50 раз превосходящие производные 4-меркаптоалканоила. Таким образом, D-3-меркапто-2-метилпропаноил-L-пролин или каптоприл был самым сильным ингибитором. Позже исследователи сравнили несколько ингибиторов меркаптоациламинокислоты и пришли к выводу, что связывание ингибитора с ферментом включает водородную связь между донорным сайтом на ферменте и кислородом амидного карбонила, как и предсказывалось для субстратов. [3] [8]

Разработка лекарственных препаратов других ингибиторов АПФ первого поколения [ править ]

Эналаприл.
Лизиниоприл.

Наиболее частые побочные эффекты каптоприла, кожная сыпь и потеря вкуса , такие же, как и при применении меркаптосодержащего пеницилламина . Поэтому группа исследователей стремилась найти сильнодействующие селективные ингибиторы АПФ, которые не содержали бы меркапто (SH) функции и обладали бы более слабой хелатирующей функцией. Они вернулись к работе с карбоксильными соединениями и начали работать с замещенными N - карбоксиметил -дипептидами как с общей структурой (R-CHCOOH-A 1 -A 2 ). Согласно предыдущим исследованиям они предположили, что циклические иминокислотыприведет к хорошей активности, если будет замещен на карбоксильном конце дипептида. Следовательно, замена A 2 на пролин дала хорошие результаты. Они также отметили, что в соответствии со специфичностью фермента иминокислоты в положении рядом с карбоксильным концом не дают сильнодействующего соединения. Замена групп R и A 1 на гидрофобные и основные остатки дает сильнодействующее соединение. Замена –NH в общей структуре приводит к потере активности, что соответствует потребности фермента в –NH в соответствующем положении на субстратах. Получены 2 активных ингибитора: эналаприлат и лизиноприл . Оба эти соединения содержат фенилаланин.в положении R, которое занимает бороздку S 1 в ферменте. Таким образом, в результате были получены два новых мощных аналога трипептида с карбоксильной группой, координирующей цинк: эналаприлат и лизиноприл. [1] [9]

Обнаружение 2 активных сайтов: C-домен и N-домен [ править ]

Большинство ингибиторов АПФ, представленных сегодня на рынке, неселективны по отношению к двум активным центрам АПФ, поскольку их связывание с ферментом основано в основном на сильном взаимодействии между атомом цинка в ферменте и сильной хелатирующей группой на ингибиторе. Разрешение трехмерной структуры зародышевого АПФ, который имеет только один активный сайт, который соответствует С-домену соматического АПФ, предлагает структурную основу для структурно-ориентированного подхода к дизайну. Хотя N- и C-домены имеют сравнимые скорости гидролиза АПФ in vitro , похоже, что in vivoC-домен в основном отвечает за регулирование артериального давления. Это указывает на то, что селективные ингибиторы C-домена могут иметь профиль, аналогичный профилю существующих неселективных ингибиторов. Ангиотензин I в основном гидролизуется С-доменом in vivo, но брадикинин гидролизуется обоими активными центрами. Таким образом, разработка селективного ингибитора C-домена позволила бы некоторую деградацию брадикинина N-доменом, и этой деградации могло бы быть достаточно, чтобы предотвратить накопление избыточного брадикинина, которое наблюдалось во время приступов ангионевротического отека . Селективное ингибирование C-домена может привести к специализированному контролю артериального давления с меньшим количеством сосудорасширяющих средств.-связанные побочные эффекты. С другой стороны, селективные ингибиторы N-домена открывают новые терапевтические области. Очевидно, N-домен не играет большой роли в контроле артериального давления, но, по-видимому, он является основным метаболизирующим ферментом AcSDKP, естественного геморегуляторного гормона . [1] [10] [11]

Дизайн лекарств кето-АПФ и его производных кетометилена [ править ]

Было обнаружено, что другие карбонилсодержащие группы, такие как кетоны, могут замещать амидную связь, которая связывает Phe и Gly в ингибиторах АПФ. Кето-АПФ, впервые описанный в 1980 году, стал потенциальным ведущим соединением для ингибиторов АПФ, специфичных для С-домена. Кето-АПФ, трипептидный аналог Phe-Gly-Pro, содержит объемное бензильное кольцо P 1 и P 2 и, как было показано, ингибирует гидролиз ангиотензина I и брадикинина через C-домен. Синтез аналогов кето-АПФ с Trp или Phe в положении P 2 'привел к заметному увеличению селективности C-домена , но введение алифатического P 2группа предоставила селективность N-домена. Ингибирующая способность может быть дополнительно усилена включением гидрофобного заместителя, такого как фенильная группа, в положение P 1 '. Заместители P 1 'с S- стереохимией также обладают большей ингибирующей способностью, чем их R-аналоги. [2] [8] [12] [13]

Кето-АПФ был использован в качестве основы для дизайна производных кетометилена. Его аналоги содержат ketomethylene изостер замену на расщеплению связи , что , как полагают, имитируют тетраэдр переходного состояния от протеолитической реакции на активном участке. Основное внимание было уделено простому трипептиду Phe-Ala-Pro, который в более ранних ферментных анализах показал ингибирующую активность. Замена аланина глицином давала трипептид с 1/14 ингибирующей активности Phe-Ala-Pro. Бензоилированное производное Phe-Gly-Pro, Bz-Phe-Gly-Pro, было в два раза активнее. Чтобы уменьшить пептидную природу ингибиторов кетометилена, P 1 'и P 2Заместитель может циклизоваться с образованием лактама , где существует корреляция между ингибирующей способностью и размером кольца. В 2001 году было выдвинуто предположение о том , что замещение α до азота и изготовление 3-метил-замещенный аналог A58365A, A пиридонкарбоновой кислоты выделяют из ферментационного бульона из бактерии Streptomyces chromofuscus с ингибиторной активностью АПФ, может влиять на уровень биологической активности с помощью стерического или гидрофобный эффект , и / или предотвращая реакции на C3. Во время синтетической работы над A58365A также было замечено, что потенциальные предшественникибыли чувствительны к окислению пятичленного цикла, поэтому 3-метиловый аналог мог бы быть более стабильным в этом отношении. [2] [14] [15]

Дизайн лекарств силандиола [ править ]

Тот факт, что углерод и силикон имеют схожие, но также и разные характеристики, вызвал интерес к замене углерода силандиолом в качестве центральной хелатирующей группы цинка. Силикон образует соединение диалкилсиландиола, которое в достаточной степени затруднено, поэтому образование силоксанового полимера не происходит. Силандиолы более стабильны, чем диолы углерода, поэтому ожидается, что они будут иметь более длительный период полураспада . Силандиолы также нейтральны при физиологическом pH (не ионизируются ). Четыре стереоизомерасиландиола Phe-Ala сравнивали с ингибиторами на основе кетонов, и было обнаружено, что силандиол в четыре раза менее эффективен, чем аналог кетона. Это связано с тем, что силандиолы являются более слабыми хелаторами цинка по сравнению с кетонами. Замена силандиола на группу метилсилана давала небольшое ингибирование фермента . Это подтверждает, что силандиоловая группа взаимодействует с АПФ как аналог переходного состояния, и взаимодействие аналогично взаимодействию кетона. [16] [17] Если бензильная группа силандиола заменена изобутильной группой, это дает более слабый ингибитор АПФ. Введение гидрофобного метилфенила дает немного большую эффективность, чем аналог с трет-бутильной группой при P 1.. Это говорит о том, что метилфенил дает лучшее распознавание S1, чем трет-бутильная группа. [2]

Фосфиновые пептиды [ править ]

Фосфиновые пептиды представляют собой псевдопептиды, в которых связь фосфиновой кислоты (PO 2 -CH-) заменила пептидную связь в последовательности аналога пептида. В некоторой степени химическая структура фосфиновых пептидов подобна структуре промежуточных продуктов, которые образуются при гидролизе пептидов протеолитическими ферментами. Была высказана гипотеза , что эти псевдопептиды имитируют структуру субстратов ферментов в их переходном состоянии, и кристаллография протеаз цинка в комплексе с фосфиновыми пептидами подтверждает эту гипотезу. [10]

Дизайн лекарств RXP 407 [ править ]

RXP 407 - это первый фосфиновый пептид, селективный к N-домену, который был обнаружен путем скрининга библиотек фосфиновых пептидов. До открытия RXP 407 давно утверждалось, что свободная C-концевая карбоксилатная группа в положении P 2 'имеет важное значение для эффективности ингибитора АПФ, поэтому можно предположить, что это отложило открытие селективных ингибиторов АПФ в N-домене. . Когда был обнаружен RXP 407, исследователи изучили фосфиновые пептиды с 3 различными общими формулами, каждая из которых содержала 2 неидентифицированные аминокислоты, только 1 из этих общих формул показала сильное ингибирование (Ac-Yaa-Pheψ (PO 2 -CH 2 ) Ala-Yaa NH 2). Были приготовлены смеси пептидов, в которых Yaa и Yaa были заменены различными аминокислотами, пытаясь установить, может ли существовать мощный ингибитор, который мог бы ингибировать либо N-домен, либо C-домен фермента. В результате соединение Ac- Asp (L) -Pheψ (PO 2 -CH 2 ) (L) Ala-Ala-NH 2 активно ингибировало N-домен и получило название RXP 407. Взаимосвязь между структурой и функцией показала, что С-концевая карбоксамидная группа играет решающую роль в селективности N-домена ACE. Кроме того, N-ацетильная группа и боковая цепь аспарагиновой кислоты в P 2Положение способствует селективности ингибитора к N-домену. Эти особенности делают ингибитор недоступным для C-домена, но дают хорошую эффективность для N-домена, что приводит к разнице в ингибирующей способности активных сайтов на три порядка. Эти результаты также показывают, что N-домен обладает более широкой селективностью, чем C-домен. Еще одно различие между более старыми ингибиторами АПФ и RXP 407 - это размер молекулы соединения. Более старые ингибиторы АПФ в основном взаимодействовали с субсайтами S 1 ', S 2 ' и S 1, но RXP 407 взаимодействует дополнительно с S 2.дочерний сайт. Это также важно для селективности ингибитора, поскольку боковая цепь аспарагиновой кислоты и N-ацетильная группа расположены в положении P 2 . [18]

Дизайн препарата RXPA 380 [ править ]

RXPA380 был первым ингибитором, который был высокоселективным по отношению к C-домену ACE, он имеет формулу Phe-Phe-Pro-Trp. [1] Разработка этого соединения была основана на исследованиях, которые показали, что некоторые пептиды, усиливающие брадикинин, проявляют селективность в отношении C-домена, и все они содержат несколько пролинов в своей структуре. Эти наблюдения привели исследователей к синтезу фосфиновых пептидов, содержащих остаток пролина в положении P 1 ', и оценка этих соединений привела к открытию RXPA380. [19] Для изучения роли остатков RXPA380 исследователи создали 7 аналогов RXPA380. Все полученные соединения были получены в виде смеси 2 или 4 диастереоизомеров.но все они были легко разрешены, и только один из них был действенным. Это согласуется с первоначальными модельными исследованиями RXPA380, которые показали, что только один диастереомер может размещаться в активном центре зародышевого АПФ. Аналоги, в которых были заменены остатки псевдопролина или триптофана, показали меньшую селективность, чем RXPA380. Вероятно, это связано с тем, что эти два аналога обладают большей активностью в отношении N-домена, чем RXPA380. Замена обоих этих остатков дает большую эффективность, но не селективность. Это показывает, что остатки псевдопролина и триптофана хорошо приспосабливаются к C-домену, но не к N-домену. Еще 2 аналога с псевдопролином и триптофаном, но без остатка псевдофенилаланина в P 1положение показало низкую активность в отношении N-домена, аналогичную RXPA380. Это подтверждает значительную роль этих двух остатков в селективности в отношении C-домена. Эти два аналога также обладают меньшей эффективностью в отношении C-домена, что показывает, что C-домен предпочитает псевдофенилаланиновую группу в положении P 1 . Моделирование комплекса RXPA380-ACE показало, что псевдопролиновый остаток ингибитора окружен аминокислотами, аналогичными аминокислотам в N-домене, таким образом, взаимодействует с S 2'домен может не отвечать за избирательность RXPA380. 7 из 12 аминокислот, окружающих триптофан, одинаковы в C- и N-доменах, самая большая разница в том, что 2 объемные и гидрофобные аминокислоты в C-домене были заменены на 2 более мелкие и полярные аминокислоты в N-домене. Это указывает на то, что низкая эффективность RXPA380 для N-домена обусловлена ​​не тем, что полость S 2 'не вмещает боковую цепь триптофана, а скорее отсутствием важных взаимодействий между боковой цепью триптофана и аминокислотами C-домена. На основании близости между боковой цепью триптофана и Asp 1029 также возможна водородная связь между карбоксилатом Asp 1029 и NH- индолом.кольцо в C-области, но это взаимодействие намного слабее в N-области. [1]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Ачарья, КР; Старрок, ЭД; Риодан, JK; Элерса, MR (2003), "ACE вновь: новая цель для структуры на основе Dug Design.", Nature Reviews Drug Discovery , 2 (11): 891-902, DOI : 10.1038 / nrd1227 , PMC  7097707 , PMID  14668810
  2. ^ a b c d Redelinghuys, P .; Nchinda, AT; Sturrock, ED (2005), "Развитие предметно-селективных ингибиторов ферментов.", Анналы Нью - Йоркской академии наук , 1056 : 160-175, DOI : 10,1196 / annals.1352.035 , PMID 16387685 , S2CID 25407204  
  3. ^ Б с д е е Cushman, DW; Cheung, HS; Сабо, Э.Ф .; Ondetti, М. (1977), "Разработка сильнодействующих конкурентных ингибиторов ангиотензин-превращающего Enzye Carboxyalkanoyl и меркаптоалканоил аминокислоты..", Биохимический , 16 (25): 5484-5491, DOI : 10.1021 / bi00644a014 , PMID 200262 
  4. ^ Кранц, Франция; Swartz, SL; Холленберг, Н.К .; Мур, Т.Дж.; Длуги, Р.Г .; Williams, GH (1980), "Различие в ответ на ингибиторы peptidyldipeptide гидролазы SQ 20881 и SQ 14225 в нормальном ренин гипертонической болезни.", Гипертония , 2 (5): 604-609, DOI : 10,1161 / 01.hyp.2.5 .604 , PMID 6158478 
  5. ^ a b c Cushman, DW; Ondetti, М. (1991), "История дизайна каптоприла и связанных с ингибиторами ангиотензин - превращающего фермента.", Hypertension , 17 (4): 589-592, DOI : 10,1161 / 01.hyp.17.4.589 , PMID 2013486 
  6. ^ Байерс, LD; Вулфенден, Р. (1973), "Связывание побочного продукта Аналоговый Benzylsuccinic кислоты путем карбоксипептидазы А.", биохимический , 12 (11): 2070-2078, DOI : 10.1021 / bi00735a008 , PMID 4735879 
  7. ^ а б Ондетти, Массачусетс; Рубин, Б .; Cushman, DW (1977), «Дизайн специфических ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента: новый класс перорально активных антигипертензивных агентов», Science , 196 (4288): 441–444, Bibcode : 1977Sci ... 196..441O , DOI : 10.1126 / science.191908 , PMID 191908 
  8. ^ a b Кондон, Мэн; и другие. (1982), "ангиотензин-превращающего фермента Ингибиторы: Важность амидной карбонильной Mercaptoacyl аминокислот для водорода Приклеивание к Энзим", Журнал медицинской химии , 25 (3): 250-258, DOI : 10.1021 / jm00345a011 , PMID 6279843 
  9. ^ Patchett, AA; и другие. (1980), «Новый класс ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента», Nature , 288 (5788): 280–283, Bibcode : 1980Natur.288..280P , doi : 10.1038 / 288280a0 , PMID 6253826 
  10. ^ a b Dive, V .; и другие. (2004), «Обзор: фосфиновые пептиды как ингибиторы цинковой металлопротеиназы», Cellular and Molecular Life Sciences , 61 (16): 2010–2019, DOI : 10.1007 / s00018-004-4050-y , PMID 15316651 
  11. ^ Gerogiadis, D .; Guniasse, P .; Cotton, J .; Yiotakis, A .; Погружение, В. (2004), "Структурные детерминанты RXPA380, сильнодействующим и высоко селективным ингибитором ангиотензин превращающего фермента C-область", Биохимия , 43 (25): 8048-8054, DOI : 10.1021 / bi049504q , PMID 15209500 
  12. ^ Нчинда, AT; Chibale, K .; Redelinghuys, P .; Stirrock, ED (2006), "Синтез новых аналогов кето-АПФ , как домен-селективный ангиотензин I-превращающего фермента", Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters , 16 (17): 4612-4615, DOI : 10.1016 / j.bmcl. 2006.06.003 , PMID 16784850 
  13. ^ Redelinghuys, P .; Nchinda, AT; Chibale, K .; Стеррок, ED (2006), "Новые ингибиторы ketomethylene ангиотензин I-превращающий фермент (АПФ): ингибирование и молекулярное моделирование", биологическая химия , 387 (4): 461-466, DOI : 10,1515 / BC.2006.061 , PMID 16606345 
  14. ^ Almquist, RG; Чао, WR; Эллис, Мэн; Джонсон, HL (1980), "Синтез и биологическая активность в Ketomethylene аналога трипептид Ингибитор ангиотензинпревращающего фермента", Журнал медицинской химии , 23 (12): 1392-1398, DOI : 10.1021 / jm00186a020 , PMID 6256550 
  15. ^ Клайв, DLJ; Ян, H .; Lewanczuk, EZ (2001), "Синтез и экстракорпоральное активности не-epimerizable аналог ангиотензин-превращающего фермента , ингибитор A58365A", Chemistry , 4 (6): 505-512, DOI : 10.1016 / s1387-1609 (01) 01263-4
  16. ^ Ким, J .; Sieburth, С. М. (2004), "Silanediol пептидомиметики оценка четырех диастереомерных ингибиторов АПФ.", Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters , 14 (11): 2853-2856, DOI : 10.1016 / j.bmcl.2004.03.042 , PMID 15125946 
  17. ^ Ким, J .; Hewitt, G .; Carroll, P .; Sieburth, С. М. (2005), "Silanediol Ингибиторы ангиотензин-превращающего фермента синтеза и оценки четырех диастереомеров Phe [Si] Ala дипептида аналогам.", Журнал органической химии , 70 (15): 5781-5785, DOI : 10.1021 / jo048121v , PMID 16018669 
  18. ^ Dive, V .; и другие. (1999), «RXP 407, фосфиновый пептид, является мощным ингибитором ангиотензин I, превращающего фермент, способный различать два своих активных сайта», PNAS , 96 (8): 4330–4335, Bibcode : 1999PNAS ... 96.4330D , DOI : 10.1073 / pnas.96.8.4330 , PMC 16332 , PMID 10200262  
  19. ^ Георгиадис, Д .; Beau, F .; Чарны, Б; Коттин, Дж; Yiotakis, A; Погружение, V (2003), «Роль двух активных сайтов соматической ангиотензин-превращающего фермента в расщеплении ангиотензина I и брадикинина: взгляд из селективных ингибиторов», Circulation Research , 93 (2): 148-154, DOI : 10,1161 /01.RES.0000081593.33848.FC , PMID 12805239