Keserű György Miklós (szerk.)

Gyógyszerkémia


4.3.1. A fragmensalapú megközelítés jellegzetességei

A fragmensalapú szűrés egy olyan koncepcionálisan új megközelítés volt a 21. század elején, ami a HTS mindkét fentebb részletezett fontos hiányosságát kiküszöböli. Az elméleti alapokat – korábbi elővizsgálatok alapján (például Teague és mtsai, 1999) – valójában a Hann és társai által 2001-ben publikált tanulmány fektette le, amiben a szerzők egyszerű matematikai modellekkel rámutattak arra, hogy minél egyszerűbb felépítésű egy molekula, annál nagyobb valószínűséggel kerüli el a taszító kölcsönhatásokat a kötőhely aminosavaival (Hann és mtsai, 2001). Ugyanitt azt is bizonyították, hogy a túlságosan kis méretű – csupán 1-2 farmakofór tulajdonsággal rendelkező – molekulák számos különböző orientációban és több helyre is kötődhetnek, ami nyilvánvalóan nemkívánatos jelenség. Tehát pusztán statisztikai szempontból akkor van a legnagyobb valószínűsége annak, hogy egyedi módon kötődő molekulákat találjunk, ha a szűrt könyvtár molekulái 3-4 farmakofór tulajdonságot tartalmaznak. Ez a megkötés egyben a molekulaméret és a molekulafelszín korlátozását is jelenti, ami a fragmens jellegű molekulák esetében gyenge affinitáshoz (azaz nagy Kd-hez, Ki-hez, illetve IC50-hez) vezet. A fragmenstalálatok gyenge affinitása ugyanakkor a fragmensmegközelítés legnagyobb hátránya. Nem csupán arról van szó, hogy a csak gyenge kölcsönhatásokkal kötődő fragmensek detektálása nehéz. A néhány száz mikromoláris vagy gyakran millimoláris aktivitású fragmenst nanomoláris affinitású fejlesztési jelöltté optimalizálni nagyságrendekkel nehezebb feladat, mint egy ezerszer aktívabb HTS-találatból. Az 4.3.1. ábrán a 4.9.3 fejezetben részletesen is tárgyalt szitagliptin- (Januvia©) molekulán szemléltetjük a gyógyszer, a HTS-találat és fragmensméretű alkotóegységek kapcsolatát (Makara, 2007).
 
4.3.1. ábra. A szitagliptin, a hozzá vezető HTS-kiindulópont és annak kulcsfragmense
Forrás: saját szerkesztés
 
A fragmensmolekulák kisebb méretének és komplexitásának (4.3.1. táblázat) előnyös következménye, hogy a fragmensuniverzum – a korábban említett gyógyszer jellegű univerzumhoz képest – sokkal kisebb. A fragmensekre jellemző kevesebb atom természetszerűleg kevesebb kombinációt képezhet, amit a szükséges kémiai stabilitásból és gyógyszerkémiai tulajdonságokból eredő kötöttségek tovább szűkítenek. Fink és munkatársai szerint a 12 vagy kevesebb nem hidrogénatomot tartalmazó molekulák kémiai univerzuma 107 nagyságrendűre tehető, ami lényegesen kisebb, mint a gyógyszerszerű molekulák univerzuma (Fink és mtsai, 2005). Így tehát fragmensmolekulák szűrése esetén sokkal kisebb könyvtár is összehasonlíthatatlanul jobb mintavételt eredményez, mint egy nagyobb gyógyszerszerű könyvtár. Ennek megfelelően a fragmenskönyvtárak vizsgálatából több és változatosabb kémiai kiindulópont felfedezése valószínűsíthető. A gyakorlati alkalmazások megerősítik, hogy szemben a HTS-szűrések átlagos sikerarányával (0,01–0,1%) a fragmensszűrések általában 0,2–1% találatot azonosítanak, kivéve a legnagyobb kihívást jelentő fehérjéket, amikor a teljes sikertelenség is előfordulhat, mint a HTS könyvtárak esetében is (Hajduk és mtsai, 2005).
A várható gyenge kölcsönhatások miatt a fragmenskönyvtárakat a HTS esetében szokásos 1–10 mikromoláris tartománynál jóval magasabb koncentrációban kell szűrni. Ehhez elengedhetetlenül szükséges a jó oldhatóság, ami a fragmensmolekuláktól jellegzetesen hidrofil tulajdonságot követel meg. Ez a hidrofil karakter pedig a már korábban említett okokból jelentős előnyt szolgáltat a fragmenstalálatoknak a gyógyszerszerű találatokkal szemben. A lipofilitás optimalizálás során gyakran tapasztalt emelkedése annál hatékonyabban kontrollálható és tartható az elfogadható tartományban, minél alacsonyabb az induló érték.
A fragmensmegközelítés a kémiai kiindulópontok azonosításában tehát alapvetően az egyszerű, kis méretű molekulák magas koncentrációtartományokban történő szűrését jelenti. A fragmenstalálatok (úgynevezett „frit”-ek) általában gyenge affinitású hidrofil molekulák, amelyek a tradicionális gyógyszerkémia számára a múltban érdektelenek voltak. Ugyanakkor a fragmensmegközelítés használatával elérhető megnövekedett sikerarány, és az új vezérmolekula-családok felfedezésének ígérete azzal a gyakorlati következménnyel jár, hogy az amúgy is hosszú, drága és nehézkes preklinikai gyógyszerkutatási paradigma még egy lépéssel, nevezetesen a fragmens optimalizálásával bővül (4.3.2. ábra). A fragmensszűrés bevezetésével a gyógyszerkutatás nem egyszerűsödött, sőt valószínűleg összeségében még költségesebbé és hosszabbá válhatott. Ezzel szemben olyan biológiai célpontok is modulálhatóvá válhatnak, amelyek esetében a korábban létező technikák nem voltak sikeresek, és ezért a fragmensek bevezetésével új utak nyílhatnak meg a gyógyszerkutatásban. Az idő- és költségtényezők figyelembevételével minden vállalatnak, illetve intézménynek magának kell eldöntenie, hogy a megnövekedett sikerarány megéri-e a befektetést, és ha igen, akkor milyen problémákra használják az új megközelítést. Ezen okokból kifolyólag a gyógyszeripari gyakorlatban ahány vállalat, annyiféle megvalósítás található a fragmensalapú gyógyszerkutatás vonatkozásában. Az egyes stratégiák nem csupán az alkalmazott technikák és könyvtártípusok szemszögéből nézve különböznek, hanem abban is, hogy a fragmenseket melyik kutatási fázisban és milyen fehérjecsaládokra vetik be. Azonban a 2020-as évekre a fragmensalapú megközelítés – sikerei következtében – általánosan elfogadott és legtöbbször a HTS-alapú szűréssel párhuzamosan lefolytatott hit-keresési folyamattá vált. A párhuzamos hit-keresések egyik előnye, hogy a különböző megközelítések (gyakran a számítógépes virtuális szűrés és a már ismert molekulából induló hit-keresés is egyszerre történik) esetleg eltérő vagy szinergikusan kihasználható eredményeket szállíthatnak, aminek kombinációs kihasználása a hit- és vezérmolekula-fejlesztés során a folyamatot gyorsíthatja vagy sikerrátáját növelheti.
 
4.3.2. ábra. A HTS- (felső sor) és a fragmensalapú (alsó sor) gyógyszerkutatás (FBDD) folyamata
Forrás: saját szerkesztés
 
A kovalens mechanizmusú gyógyszerkutatás „újrafelfedezését” követően, 2010 után egyre több szervezet kezdett el kovalens fragmensek szűrésével is foglalkozni. A kovalens mechanizmusú, elsősorban kinázokon ható, új gyógyszerek mindegyikének fejlesztése reverzibilis, hagyományosra tervezett gyógyszerjelölt-molekulákba utólag beépített reaktív funckiós csoportokon keresztül történt, de kovalens fragmensek jelentőségét hamar felismerte a gyógyszerkutató közösség. A Cravatt-csoport számos publikációval fektette le a kovalens ligandumokat és klikk-kémiát elegánsan kihasználó modern aktivitáson alapuló fehérje-profilmeghatározás (activity-based protein profiling, ABPP) alapjait (Speers és mtsai, 2005) és demonstrálta fragmenskönyvtárak széles körű sejtes szűrését ciszteinspecifikus (Backus és mtsai, 2016), illetve lizinspecifikus (Abbasov és mtsai, 2021) reaktív csoportok segítségével. A kovalens fragmenskönyvtárak tervezése és szűrése ezzel beépült a nehéz célpontok validálásának és ezen kutatási programok vezérmolekula-keresésének folyamatába.

Gyógyszerkémia

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 145 0

A kötet az Akadémiai Kiadónál 2011-ben Gyógyszerkutatás kémiája címen megjelent kézikönyv hagyományaira alapozva a kismolekulás gyógyszerkutatás eszköztárára és módszertanára fókuszál. Újdonságot jelent a magyar nyelvű szakirodalomban, hogy a modern gyógyszerkémiai felfogásnak megfelelően nem pusztán a meglévő gyógyszerkincs kémiáját mutatja be, hanem betekintést enged a kismolekulás gyógyszerek felfedezésének stratégiájába is.

Hivatkozás: https://mersz.hu/keseru-gyogyszerkemia//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave