Raziskave

Strukturno podprta optimizacija na nitroksolinu osnovanih zaviralcev katepsina B kot potencialnih zdravil za zdravljenje raka

Šifra:

Z1-7181

Obdobje:

01. januar 2016 - 31. december 2017

Obseg:

1,00 FTE

Vodja:

Izidor Sosič

Veda:

1.09 Naravoslovje/Farmacija

Opis:

Katepsin B je lizosomska cisteinska proteaza, ki je vpletena v številne fiziološke funkcije, kot je npr. znotrajcelična razgradnja proteinov. Zaradi 21 aminokislin dolge zaporne zanke, ki se nahaja nad aktivnim mestom, lahko katepsin B deluje kot endopeptidaza ali eksopeptidaza. Napake v regulaciji aktivnosti katepsina B so povezane s številnimi patološkimi stanji, izmed katerih je najbolj preučena vloga pri rakavih obolenjih. Ugotovljeno je bilo namreč, da je katepsin B ključen pri proteolitičnih procesih, ki vodijo v tumorsko invazijo in metastaziranje. Slednje še dandanes predstavlja največji problem pri razvoju učinkovitih terapij in pristopov za zdravljenje rakavih obolenj. Ker je katepsin B farmakološko pomembna tarča, so raziskave in odkrivanje nizkomolekularnih spojin, ki bi se lahko v aktivno mesto vezale reverzibilno in selektivno ter tako zavrle prekomerno delovanje encima, nujne. Kljub temu pa noben izmed doslej odkritih zaviralcev katepsina B ni uspel priti do klinične uporabe. Razlogi za to ležijo v kemijski naravi teh spojin, saj gre namreč za spojine s peptidno osnovo, ki poleg tega v strukturi vsebujejo zelo reaktiven elektrofilen fragment. Slednji reagira s katalitičnim cisteinom v aktivnem mestu in tako spojina ireverzibilno zavre delovanje encima. Nedavno smo ugotovili, da je nitroksolin (5-nitro-8-hidroksikinolin) nekovalenten, reverzibilen iz selektiven zaviralec katepsina B. Uporabnost nitroksolina za potencialen razvoj nove protitumorske učinkovine je bila dodatno pokazana tako v celičnih testih kakor tudi v in vivo živalskih modelih. Nov mehanizem zaviranja cisteinske proteaze ter razrešena kristalna struktura kompleksa nitroksolin-katepsin B predstavljata temelje za racionalno strukturno podprto načrtovanje močnejših zaviralcev katepsina B. Znano je namreč, da imajo učinkovine z večjo jakostjo delovanja in vitro več možnosti za uspešen razvoj do kliničnih kandidatov ter nadalje do zdravilnih učinkovin, ki terapevtske učinke dosežejo pri ustrezno nižjih odmerkih. Glavni cilji prijavljenega projekta so (i) načrtovanje in sinteza derivatov nitroksolina z optimiziranimi farmakodinamskimi lastnostmi, (ii) optimizacija farmakokinetičnih (ADME) lastnosti novih zaviralcev ter (iii) eksperimentalno določiti vpliv zaviranja katepsina B na zmanjšanje procesov tumorske progresije v in vitro pogojih ter v in vivo modelnemu sistemu. Za dosego teh ciljev bo vodja projekta na začetku uporabil in silico strukturno podprto načrtovanje. S tem pristopom bo predvidel, kateri strukturni elementi (ustrezne stranske verige ter funkcionalne skupine) so potrebni za izboljšanje zaviralnega delovanja novih derivatov na katepsinu B. Posebna pozornost bo posvečena ustrezno nameščeni funkcionalni skupini, ki bo lahko tvorila kovalentno, vendar reverzibilno interakcijo s katalitičnim cisteinom v aktivnem mestu katepsina B, kar bo močno ojačalo jakost delovanja. Tekom načrtovanja novih spojin bo vodja projekta sproti spremljal njihove fizikalno-kemijske lastnosti, saj je znano, da so ADME parametri (absorpcija, distribucija, metabolizem, izločanje oz. ekskrecija) pri optimizaciji spojin vodnic enako pomembni kot jakost delovanja na ustrezni tarči. Po pridobitvi vseh strukturnih informacij bodo ti optimizirani derivati nitroksolina tudi sintetizirani v ustreznih količinah. Selektivni zaviralci katepsina B, razviti tekom projekta, bodo optimizirani tako v smislu famakodinamskih kakor tudi farmakokinetičnih lastnosti. Z njihovo pomočjo bomo nazadnje z obsežnim farmakološkim vrednotenjem preverili vpliv zaviranja katepsina B na in vitro in in vivo protitumorsko delovanje. Na ta način bomo lahko dodatno potrdili terapevtski potencial zaviranja katepsina B kot enega izmed pristopov pri zdravljenju raka. Napredne spojine vodnice oziroma klinični kandidati bodo izjemnega znanstvenega, ekonomskega in zdravstvenega pomena, saj bodo služili kot dragocen prispevek v neprestanem boju proti raku.

Faze:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/9996

Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/9996

Financira:

Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.

Nazaj

Spremenjeno: 14. junij 2016