Keserű György Miklós (szerk.)

Gyógyszerkémia


4.3.3.1. Szerkezetalapú szűrővizsgálatok

Az NMR-spektroszkópia számít a legnépszerűbb fragmensszűrési technológiának, amit a röntgendiffrakciós szűrés követ. Az NMR-szűrés előnye a röntgendiffrakciós vizsgálatokkal szemben az, hogy kevésbé tiszta fehérjéből is megvalósítható, nagyobb áteresztőképességű, valamint a fragmensektől megkövetelt oldhatóság mértéke is kisebb. A röntgenkrisztallográfia ezzel szemben általában nagyobb felbontású képet szolgáltat a kötődés molekuláris részleteiről. Az egyes előnyök és hátrányok maximális kihasználása végett számos kutatóhelyen a röntgendiffrakciós vizsgálatokat csak az NMR-rel azonosított fragmensek megerősítésére és a fragmensek fehérjével kialakított kölcsönhatásainak térbeli feltérképezésére használják. Mint már korábban említettük, mindkét technológiával kisebb, 5–10 tagú keverékek szűrését végzik annak érdekében, hogy az alacsony áteresztőképességet javítsák és az egy fragmens vizsgálatára eső fehérjeigényt csökkentsék.
Az NMR-es technikáknak számos különböző előnnyel és hátránnyal járó változata ismert, amelyek alapvetően két csoportba oszthatóak: a fehérje jeleit, illetve a ligandum jeleit detektáló módszerekre. A ligandum kémiai eltolódásait vizsgáló módszerek nem adnak információt a kötődés helyéről, illetve sokszor nem vagy csak korlátozottan tudják megkülönböztetni a valódi fragmenstalálatokat a nem specifikus és ezért érdektelen molekuláktól. Az előbbi hátrány egy másik, ortogonális szerkezetvizsgálati módszer alkalmazását igényli a kiválasztott találatokra. Az utóbbi viszont megoldható egy specifikusan kötődő reporterfragmens alkalmazásával, amivel csak a valós találatok fognak versengeni a kötőhelyért. A gombamódra szaporodó NMR-szűrési módszerek közül két alapvetőt mutatunk be részletesen. Röviden említést teszünk néhány másik módszerről is, de biztosra vehető, hogy az elkövetkező években is számos új technika nyer majd teret. Az első fragmensekhez használt NMR-es technika esetében a kémiai eltolódást detektáló szűréshez stabil izotóppal jelölt fehérjékre van szükség, ami gyakran az 15N-jelzés beépítését jelenti. Ha a teljes fehérje minden aminosava tartalmazza az izotópot, akkor a fehérje teljes felületén bárhol előforduló kötőhelyhez való kapcsolódás detektálható. Ez a módszer, amely a korszakalkotó „SAR by NMR” eljárásban (Shuker és mtsai, 1996) jelentős szerepet játszott, azzal a hatalmas előnnyel rendelkezik, hogy rámutat a fragmenskölcsönhatás helyére, viszont a stabil izotóp igénye megnehezíti nagyobb fehérjék vizsgálatát. Ezt a nehézséget kiküszöbölendő váltak népszerűvé a ligandumot detektáló módszerek, amelyek alkalmazása esetén nincs szükség a fehérje izotópos módosítására, ezért általánosan bevethetők. A WaterLOGSY (Water–Ligand Observed via Gradient Spectroscopy) és az STD (Saturation Transfer Difference) módszerek népszerűvé válásában az is szerepet játszott, hogy a mágnesezettség csak a fehérjéhez kötődő fragmensekre kerül, míg a keverékben jelen lévő nem kötődő fragmensek jelei nem láthatók. Ezért egy egyszerű egydimenziós 1H NMR-felvétel elegendő a szűrés során. További jelentős előnyt jelent az is, hogy potens, akár nanomoláris tartományban kötődő fragmensek észlelése is lehetséges, ugyanakkor viszont a kötődés helyéről információt ebben az esetben nem kapunk. Az NMR-es fragmensszűrés egy érdekes variációja az úgynevezett SHAPES-stratégia, ami az NMR-rel azonosított fragmenstalálatokat egy farmakofórhipotézis felállításához és virtuális szűrések kiindulópontjához használja. Ez azután felhasználható egy nagyobb vezérmolekula-szerű fókuszált könyvtár létrehozásához, amelyet hagyományos biokémiai szűrés segítségével vizsgálhatunk (Lepre, 2007). Az így nyert mikromoláris vagy nanomoláris találatok az eredetileg NMR-rel azonosított fragmensek optimalizált leszármazottainak tekinthetőek.
A hűtött NMR-mérőfejek elterjedésével az NMR-es módszerek érzékenysége jelentősen javult, amit még tovább lehet növelni 19F NMR-mérésekkel. Ez utóbbi módszer fluort tartalmazó fragmenskönyvtár szűrésére, illetve fluort tartalmazó ligandumleszorítási vizsgálatára is alkalmas lehet. A TINS-eljárás (Target Immobilized NMR Screening) a célpont makromolekula szilárd fázisú kikötésén alapul, ami csökkenti a szükséges fehérjemennyiséget, mivel a fehérjeminta újra felhasználható akár több ezer mérésre is. Mivel a fehérjének nem kell oldatban lennie, a TINS membránfehérjék szűrésére is alkalmas lehet megfelelő, micellákat formáló közegben.
A röntgendiffrakciós vizsgálatokhoz szükséges kristályosítás alapvetően beáztatásos technikával történik, amikor a már meglévő fehérjekristályokhoz nagy koncentrációjú (> 5 mM) oldatban fragmensek keverékét adják. A technológia nem új, de számos technikai probléma megoldására volt szükség ahhoz, hogy kis vagy közepes áteresztőképességű szűrésre alkalmas legyen. Ezek közé tartozik a kristályok robotokkal történő kezelése és pozicionálása, valamint az elektronsűrűségi térképek automatikus elemzése. Mindkét esetben rendkívül időigényes és manuális feladatok kiváltására volt szükség, amely lehetővé tette a párhuzamos kristályosítást és ezáltal a megfelelő hatékonyságú szűrést. Mindezek ellenére a röntgendiffrakciós primer szűrésnek számos hátránya van. Ezek közé tartozik a vizsgálathoz szükséges nagy tisztaságú fehérje előállításának problémája, a membránfehérjék, GPCR-ok és ioncsatornák kristályosítási nehézségei, illetve megoldatlansága, a magas hamis negatív találati arány, a fragmensektől megkövetelt nagy oldhatóság, az alacsony áteresztőképesség és a drága eszközigény. Jelentős hátrány továbbá, hogy röntgendiffrakciós szűrésnél a fragmensek megtalálásának valószínűségét nem csupán a gyógyszerkémiában fontos affinitás dönti el, hanem egyéb faktorok, például a kristályszerkezet minősége és az oldhatóság is szerepet játszanak.

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