Keserű György Miklós (szerk.)

Gyógyszerkémia


4.3.5. Kovalens fragmensek

A kovalens fragmensek elsősorban abban különböznek a hagyományos, nem kovalens kölcsönhatásokkal kötődő fragmensektől, hogy egy kémiailag reaktív (általában elektrofíl) funkciós csoportot („warhead”) tartalmaznak, amit a hagyományos fragmenseknél nemkívánatosnak tekintünk. A kovalens fragmensek hatásmechanizmusa két- vagy háromlépcsős: először a fragmens hagyományos fehérje–ligandum kölcsönhatásokkal kapcsolódik a zsebhez, majd a reaktív csoport egy megfelelő pozícióban lévő nukleofil aminosavval szigma-kötést létesít (4.3.16. ábra). Háromlépcsős folyamatról akkor beszélünk, ha a nukleofil aminosav deprotonálása vagy lassú fehérjekonformáció-változás is végbemegy. Amennyiben a kovalens kötés létesítése zsebhez kötődés nélkül történik, úgy a fehérje nem specifikus jelöléséről beszélünk, ami nemkívánatos jelenség.
 
4.3.16. ábra. A kovalens fragmensek hatásmechanizmusa
Magyarázat: E: enzim, I: fragmens, EI: nem kovalens komplexum, E-I: kovalens komplexum
 
A kovalens kötés lehet reverzibilis és irreverzibilis, előbbi esetén az inverz k-2 folyamat is lejátszódik, míg utóbbi esetben a fehérje módosítása véglege,s és ilyenkor k2-t kinact-nak is szokták nevezni (4.3.16. ábra). A fehérje módosítása funkcionális aktivitáshoz vezet, ha direkt vagy indirekt módon – például konformáció vagy stabilitási egyensúly változáson keresztül – biológiai folyamatban szerepet játszó fontos rész kerül módosításra.
A reaktív funkciós csoport lehet a fragmens alapvázának része (4.3.17. ábra A) vagy az alapvázhoz valamilyen láncon („linker”-en) keresztül kapcsolt külön elem (4.3.17. ábra B). Utóbbi elrendeződés megkönnyíti a fragmensek szintézisét, mert nem kell egyenként akár többlépéses kémiai reakciósorral beépíteni változatos reaktív funkciós csoportokat különböző gyűrűs rendszerekbe, hanem „csupán” egy vagy néhány robusztus reakcióval pár, előre gyártott warhead-et tartalmazó molekularészt kell összekapcsolnunk meglévő fragmensekkel.
 
4.3.17. ábra. Kovalens fragmensek felépítése
Forrás: saját szerkesztés
 
A kovalens fragmenskönyvtárak tervezésére rendelkezésre álló eszközök, azok előnyei és hátrányai lényegében megegyeznek a korábban tárgyaltakkal, azzal a különbséggel, hogy a reaktív funkciós csoport még egy további kritikus faktorral bonyolítja a helyzetet. Mivel a legtöbb warhead-aminosav specifikusan képes kovalens adduktot kialakítani, ezért a teljes kovalens fragmens kémiai tér lefedéséhez különböző reaktív csoportokat és akár különböző linkereket kell kombinálni, hogy a legnagyobb legyen az esély a kötéslétesítésre. Emiatt a kovalens fragmenskönyvtárak nagyobb tagszámúak, mint nem kovalens társaik, akár több tízezer molekulát is tartalmazhatnak. A könyvtárméret azért is fontos, mert a kovalens fragmensek a reaktív funkciós csoport (és a linker, ha van) szükséges jelenléte következtében több nehéz atomot tartalmaznak, azaz komplexebbek, ami a nagyobb kémiai tér miatt a szűrési sikerarányt csökkenti. Ennek ellenére a kutatók a korábban tárgyalt MiniFrag-koncepcióhoz hasonlóan rendkívül kicsi heterociklusokból álló kovalens MiniFrag-könyvtárt is kifejlesztettek, amivel fehérjéken nukleofíl hotspotok kereshetők alacsony áteresztőképességű szűréssel is (Keeley és mtsai, 2019).
Végül, fontos szempontként kell figyelembe venni a warhead kiválasztásakor, hogy annak reaktivitása megfelelő legyen a fragmens várható nem kovalens kapcsolódásának mértékéhez (Petri és mtsai, 2025). A fragmensek kis méretüknél fogva gyengén kötődnek fehérjékhez, azaz a zsebben eltöltött tartózkodási idejük rövid, ezért a reaktív funkciós csoportnak kevesebb idő áll rendelkezésre a megfelelő aminosavhoz kötődés energiagátjának leküzdésére. Ennek következménye, hogy a fragmensen található kovalensen kötődő csoport reaktivitása várhatóan nagyobb kell legyen, mint a fragmensből továbbfejlesztett gyógyszerszerű és a zsebhez erősebben kötődő molekula warheadjének reaktivitása.
A hagyományos nem kovalens fragmensszűrési technikák (NMR, röntgendiffrakció, SPR, in vitro biológiai teszt) mindegyike alkalmas kovalens fragmenskönyvtárak szűrésére is. Azonban irreverzibilis kötés létesítése esetén további lehetőségek is adódnak, amelyek a kovalens megközelítést különösen attraktívvá teszik. A leggyakrabban használt technika ilyen esetben a tömegspektrométeres analízis, amivel nemcsak a fehérjében bekövetkezett kovalens változás, hanem a beépült fragmens tömege is meghatározható a fehérje tömegváltozása alapján, elősegítve a fragmenskeverékek szűrését. Az irreverzibilitás másik hatalmas előnye, hogy lehetővé teszi a sejtes közegben történő szűrést, az úgynevezett kemoproteomikát. Ilyenkor a kovalens könyvtár molekulái egy kovalens warhead-csoporton kívül általában a fragmenstől távoli pozícióban még egy pluszelemet tartalmaznak, aminek segítségével a fragmensek hatására a sejtben történt változásért felelős fehérjék feldúsíthatók vagy kinyerhetők (Backus és mtsai, 2016; Abbasov és mtsai, 2021). További előnyként jelentkezik, hogy az irreverzibilis kovalens kötés nem változik tripszines lebontás során, aminek segítségével a pontos kötőhely (a fehérje aminosavja) is kísérletileg meghatározható. Ezen új megoldások kihasználásával a kemoproteomika a 2020-as évekre elterjedt technológiává vált új molkuláris hatásmechanizmusok felfedezésére.

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