Keserű György Miklós (szerk.)

Gyógyszerkémia


4.3.2.2. Optimális könyvtárméret

Minél több jó minőségű molekulát szűrünk a vezérmolekula-keresés során, annál nagyobb a valószínűsége annak, hogy több és erősebben kötődő molekulát találunk a könyvtárban az adott célpont ellen. Bár ezzel az állítással kapcsolatban az irodalomban nincs teljes egyetértés, pusztán statisztikai szempontból nézve feltétlenül igaz. Mivel az úgynevezett mágikus metilcsoportok által okozott nagymértékű (gyakran konformációváltozással összefüggő) aktivitásjavulásra számtalan irodalmi példa található, nehezen kérdőjelezhető meg az a tény, hogy a molekulaszerkezetben történő kis változások a célponthoz kötődés erősségében nagy eltolódásokat okozhatnak. Ezek szerint tehát minél jobb a fragmenskönyvtár mintavételi sűrűsége a fragmensuniverzumból, annál valószínűbb, hogy nem fogunk egyetlen fontos vegyületcsoportot sem elveszteni a szűrés során.
A fragmenskönyvtárak méretét a HTS- vagy más könyvtárak méretéhez hasonlóan számtalan tényező befolyásolja. Ezek közül az anyagi és időbeli megfontolások, illetve a szűrések áteresztőképessége megszorító és domináns jellegűek, de a fragmensek mérete, illetve komplexitása is befolyásolhatja. A szűrés reagens- és egyéb költségei, illetve az áteresztőképesség a szűrési mintaszámon keresztül korlátozza a könyvtár méretét, bár ezt a faktort kreatív megoldásokkal, biofizikai technikák esetében például kisszámú molekula keverékének szűrésével, vissza lehet szorítani. Kis vagy közepes áteresztőképességű szűrések esetén nagyobb könyvtárak az időfaktor miatt sem jöhetnek számításba. Az anyagi megfontolások természetesen mindenben, azaz az előző két tényezőben is szerepet játszanak, hiszen a kisebb szűrési áteresztőképesség hosszabb vizsgálati időt jelent, amit párhuzamos méretnöveléssel lehet ugyan csökkenteni, de mind a beruházás, mind az idő pénzbe kerül. A könyvtár méretét a költségek direkt módon is korlátozzák, mert a szűrni kívánt fragmenseket jelentős költséggel kell beszerezni vagy szintetizálni. Tehát gyakorlatilag minden kutatócsoport vagy vállalat a költségeket és a remélt sikerarányt súlyozva alakítja ki az adott szűrésre vonatkozó optimális könyvtárméretet. A sikerarányra a remélt fragmenstalálatok (fritek) elvárt tulajdonságai is hatnak, mert az adott szűrési programban csak abból a molekulából lehet tényleges találat, amelyik a kritériumokat teljesíti.
Egy átlagos krisztallográfiás vagy NMR-es szűrési módszert alkalmazó programban általában 1000–5000 fragmensmolekulát szűrnek 3–5 molekulát tartalmazó keverékekben. Ennél komplexebb keverékeket egyrészt már nehéz tanulmányozni, másrészt a keverékek dekonvolúciója pozitív jel észlelése esetén összegezve nagyobb mérési mintaszámot igényelhet, mintha a könyvtár elemeit egyesével szűrnénk. Mint korábban említettük, ennyi fragmensmolekulát – a könyvtár diverzitásának figyelembevételével is – könnyen össze lehet gyűjteni és be lehet szerezni a kereskedelmi finomvegyszer-katalógusokból. Nagyobb vállalatok saját maguk által szintetizált molekulákat is szép számmal be tudnak építeni a fragmenskönyvtárukba, de ennek ellenére elmondható, hogy a fenti két biofizikai szűrés során alkalmazott könyvtárak többségét katalógusokból válogatják össze. A felületi plazmonrezonancia-szűrés (Surface Plasmon Resonance, SPR) vagy a nagy koncentrációjú biokémiai módszerek (High Concentration Screening, HCS) alkalmazása általában nem korlátozza a könyvtárméretet, mert ezen módszerek áteresztőképessége jelentősen nagyobb, mint a röntgendiffrakció vagy az NMR esetén. Ennek ellenére a könyvtár beszerzésének, illetve előállításának költségei ekkor is jelentősen befolyásolják a végső molekulaszámot. A gyakorlatban SPR-szűréseket gyakran NMR- vagy röntgendiffrakciós módszerekre tervezett könyvtárakkal végeznek, ezért a könyvtárméret megközelítőleg az 5000 tag körüli tartományban helyezkedik el. A biokémiai HCS-teszteket azonban nagyobb, akár több tízezres fragmenskönyvtárakkal lehet és érdemes is megkísérelni, mivel a HCS-szűrések a HTS-hez hasonló technológiával is folyhatnak. Emiatt tehát a könyvtárméret akár sokkal nagyobb is lehet, így technikailag legtöbbször néhány tízezer molekula vizsgálata sem jelent különösebb gondot, sőt a százezrestől milliós nagyságrendű HTS-könyvtárak szűréséhez képest néhány tízezer fragmensmolekula szűrése kifejezetten olcsónak is nevezhető.
Azt a feltételezést, amely szerint egy megfelelően kiválasztott molekulákból álló nagyobb könyvtár által biztosított jobb mintavételi ráta mindenképpen jobb eredményhez vezet, egy szimulációval próbáljuk szemléltetni (Makara, 2007). A Merck által folytatott kutatási programokban számos esetben fordultak elő kis tömegű, amid kötéssel kapcsolt vezérmolekula-családok, amelyek a gyógyszerkémikusok munkája révén előrehaladt állapotba kerültek. Az optimalizálás során jelentős számú analóg előállítására kerül sor, ezért ha a molekulacsalád mérete a fragmenstartományba esik, akkor valószínűleg a fragmenskritériumok alkalmazása után is számos fragmens marad az adott célpontra ismert biológiai hatással. A gondolatkísérlet célja az, hogy egy függetlenül, egyszerű szintézissel előállított amidkötést tartalmazó könyvtárban, illetve annak maximális diverzitáselve alapján nyert alkönyvtáraiban ezeket az ismert biológiai hatású, vagy ezekhez nagyon hasonló (azaz valószínűleg közel azonos biológiai hatású) fragmenseket találjunk. Mivel a fragmenskönyvtár virtuális szintézise kizárólag a kereskedelemben kapható és elérhető árú aminok és karbonsavak kapcsolásával történt, továbbá az alkalmazott kémia jól ismert és egyszerű, ezért megállapíthatjuk, hogy a példánkban alkalmazott könyvtár szintézise a gyakorlatban is megvalósítható lenne.
A gondolatkísérlet folyamatát a 4.3.9. ábrán szemléltetjük. A fragmensként azonosított molekulák aktivitása ismert. A hasonlóság elve alapján a várakozás az, hogy a független virtuális könyvtárban azonosított nagyon hasonló fragmensmolekulák többsége is legalább érzékelhető aktivitással rendelkezne az adott célponton. A gondolatkísérlet szűrése sikeresnek tekinthető, ha legalább egy molekulát találunk a virtuális könyvtárban, amelyik hasonló a gyógyszerkémikusok által szintetizált, ismert aktivitású fragmenshez.
 
4.3.9. ábra. Szimulációs protokol a fragmensmegközelítés előnyeinek bemutatására
Forrás: saját szerkesztés
 
A fragmenskritériumoknak megfelelő teljes szintetizálható amidkönyvtár 2,167 millió molekulából állt. A maximális diverzitás elve alapján 200 ezer, 50 ezer, 20 ezer, 10 ezer és 5 ezer molekulát tartalmazó alkönyvtárakat is kialakítottak és vizsgáltak. Az optimális amidkönyvtár méretének az a legkisebb alkönyvtár tekinthető, amiben mind az öt kiválasztott kutatási programhoz találnánk legalább egy garantált fragmenstalálatot. A 4.3.2. táblázatban összefoglalt virtuális szűrési eredmények azt sugallják, hogy nincs szükség a teljes könyvtár szűrésére ahhoz, hogy minden kutatási program fragmensalapú szűrése nagy affinitású fragmenstalálatokat eredményezzen, hanem 20 ezer amidmolekula (a teljes fragmenskönyvtár kb. 1%-át tartalmazó diverz alkönyvtár) elégséges a sikerhez. Ha figyelembe vesszük, hogy a kiválasztott fragmenstalálatok affinitása nagyon jelentős, igazából sokkal nagyobb, mint amit a fragmensszűrés eredményeként várunk, akkor várhatóan még sokkal kevesebb fragmens is elég lenne ahhoz, hogy egy magasabban meghúzott szűrési határ (azaz kevésbé szigorú aktivitási küszöb) esetén legalább egy aktív molekula megjelenjen a szűréskor. A gondolatkísérlet eredményeképpen megállapítható, hogy valószínűleg néhány ezer amidfragmens képes reprezentálni az egyszerű kapcsolásból származtatható teljes, többmilliós amidkönyvtárat. Ennél több hasonlóan előállított amidfragmenst szűrni viszont felesleges, mert csak az azonos családba tartozó fragmenstalálatok számát növeljük, ami a primer szűréseknek semmiképpen sem célja.
 
4.3.2. táblázat. Szimulált szűrési eredmények az amid típusú fragmenskönyvtárra
 
Könyvtár mérete
DPP-4- inhibitor
HIV-integráz- inhibitor
Dehidrogenáz- inhibitor
mGluR5- antagonista
GPCR-
agonista
Aktív molekulák
 
309
39
70
71
52
Aktivitás (μM)
 
0,0006–49
0,01–30
0,73–4,8
0,007–28
0,004-4,8
Teljes könyvtár
2 167 K
6571
190
738
1121
670
Alkönyvtár
200 K
355
8,5
56
86,5
44
Alkönyvtár
50 K
71,5
0.5
16.5
20
7,5
Alkönyvtár
20 K
16
1
6,5
11
4
Alkönyvtár
10 K
5
0,5
4,5
4,5
2
Alkönyvtár
5 K
3
0
2
2,5
1,5
 
A fenti gondolatkísérlet alapján megállapítható az is, hogy akkor sem jutunk akkora virtuális könyvtárhoz, hogy egy néhány tízezres méretű fragmenskönyvtár ne lenne elegendő a legtöbb szűrési program sikeréhez, ha a jelenleg elérhető reagensekből szintetizálható fragmenseket kiegészítjük a jelenleg kapható fragmensekkel. Ez biztató feltételezés, mert mindenképpen a HCS által ma is elérhető szűrési áteresztőképesség tartományában van, ami egyben azt is eredményezné, hogy a legtöbb program erősen kötődő, azaz nagyon magas ligandumhatékonyságú fragmenstalálatokból indulhatna.

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