lotension

Syntetická léčiva
Peptidy, peptidomimetika a jejich využití při vývoji
nových léčiv
Příprava předmětu byla podpořena
projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253
Peptidomimetika
Řada hitů je peptidové povahy. Vzhledem k nestálosti k proteasám a
vzhledem ke špatné vstřebatelnosti nelze peptidy podávat orálně.
Peptidomimetika jsou látky, které jsou odvozeny od peptidů a mají vyšší
stabilitu.
Toho se dosahuje modifikacemi, které zahrnují:





inkorporaci nepřirozených aminokyselin, včetně D-řady, β aminokyselin,
…
N-alkylaci, náhradu CO skupiny CS, CH2, …
konformační stabilizaci – rigidizaci
změnu sekundární struktury – tzv. β- turns
modifikaci N- a C-konce
Peptidomimetika
H
N
H2 N
O
O
N
H
H
N
O
Me
N
O
OH
N
H
H2 N
O
O
O
N
N
N
O
N
N
N
O
OH
COOH
NH 2
COOH
NH 2
COOH
NH
COOH
NH 2
COOH
NH
DD&D - PIPELINE CONCEPT
DRUG DISCOVERY
Idea
lead
optimization
Synthesis
testing
:hit
Hit to lead
chemistry
DRUG MARKETING
DRUG EXPANSIONS
DRUG DEVELOPMENT
NDA
Preclinical
testing
"candidate"
Preclinical
testing strategy
Clinical Studies
Approval
Clinical
Studies
New
clinical
indications
Launch
New f orms
Post
marketing
surveillance
Marketing
support
Phase I, II, III
Phase IV
RENIN INHIBITORY

Substrát musí mít sekvenci 8 aminokyselin (7 je jich v angiotensinogenu).
Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu-Val-…
His-Pro-Phe-His-Leu-Leu-Val-Tyr

sekvence nutná pro dobrý substrát
Náhrada nestabilního Leu-Leu statinem (pozor statin – statine - látka známá
jako „mimic“ dipeptidů) a modifikací konců (stabilita vůči exopeptidasam) vedly k
látce SCRIP.
N-isovaleryl-His-Pro-Phe-His-Sta-Leu-Phe-NH2 (SCRIP)
O
H2 N
H
N
(S)
(S)
O
OH
H2 N
OH
Leu-Leu
OH
( S) (S)
Statine
O
RENIN INHIBITOR Y - PEPTIDOMIMETIKA

SCRIP – pouze i.v. aktivní, velmi rychle se degraduje endopeptidasami.

Dalším zjednodušováním a náhradou peptidových vazeb získány enalkiren,
zankiren, aliskiren.
H
N
H2 N
C
O
H
N
N
O
N
H
H
N
O
OMe
enalkiren
S
OH
N
N
OH
O
S
H2
C
O
N
H
N
O
N
H
O
H
zankiren
OH
OH
NEPEPTIDOVÉ RENIN INHIBITOR – ALISKIREN

Aliskiren je ze syntetického pohledu značně složitá molekula, která vyžaduje
mnohostupňovou syntézu s celkovým výtěžkem pod 1%.

Dávkování je vysoké (150 – 300 mg/den).

Vylepšená syntéza Speedel je lepší, stále ale cena vysoká.

Aliskiren byl v roce 2007 zaveden firmou Novartis jako TEKTURNA, RASILEZ.

Jednodužší renin inhibitory v klinickém hodnocení selhaly – např.
Speedel/Merck.
H
N
O
N
OH
H
N
O
O
NH2
O
CONH2
O
O
O
OMe
aliskiren
SPP635, SPP676 - ???
Speedel/Merck
Bothrops jararaca
Brazilie – Londýn - NJ
Inhibitory angiotensin konvertujícího enzymu (ACE) – prily

1956 – Byl popasán ACE v plasmě.

1965 - Sergio Ferreira studoval účinky peptidů isolovaných z jedu brazilské
zmije, po jejímž uštknutí oběť kolabuje na náhlé snížení krevního tlaku.

Jako posdoc u J. Vanea nejprve prokázal u těchto látek inhibici
bradykininasy (původní název bradykinin potentiating factor BPF), v roce
1968 zjištěna inhibice ACE.

Z extraktu bylo isolováno 9 peptidů, in vitro nejúčinnější:
Pyr-Lys-Trp-Ala-Pro

In vivo – teprotide (lead) Pyr-Trp-Pro-Arg-Pro-Gln-Ile-Pro-Pro

John Vane se stal konzultantem pro firmu Squibb, kde se na
jeho popud začala možnost využití ACE inhibitorů studovat.

Nejkratší peptid s vazbou na ACE – tripeptid.

Bylo zjištěno, že ACE obsahuje Zn2+ .

Inspirace (R)-2-benzylsukcinátem, který inhibuje podobný metaloenzym
karboxypeptidasu A.
Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu
angiotensin I (10 AA)
Inhibitory angiotensin konvertujícího enzymu (ACE) – prily - SOUHRN

Zavedením SH skupiny byl objeven kaptopril (CAPOTEN).

Měl řadu vedlejších účinků (kovová chuť, kašel, …), krátký poločas > 2-3 x
denně.

Náhradou SH skupiny za druhou COOH skupinu byla vyvinuta řada léčiv (>10
na trhu).

Většinou jsou ve formě prodrugs esterů (jinak příliš disociované).

Lisinopril – nemetabolizuje se. Dávkování 1-2 x denně.

Často v kombinaci s diuretiky (HCT).
COOH
N
HS
H
N
O
Me
kaptopril
ROOC
COOH
N
H
N
O
HOOC
Me
enalaprilát (R = H)
enalapril
(R = Et)
lisinopril
proléčivo
COOH
N
O
NH2
H
N
COOH
N
O
Me
EtOOC
EtOOC
ramipril
ALTACE, RAMIL
COOH
N
H
N
O
Me
perindopril
COVERSIL, PRESTARIUM
EtOOC
H
N
EtOOC
O
COOH
N
O
N
H
N
O
Me
chinapril
ACCUPRIL
benazepril
LOTENSIN
OH
10. Antihypertenziva využívající renin angiotensinový systém (15)
S
O
O
O
P
O
fosinopril
COOH
N
O
O
COOH
N
S
O
Me
zofenopril
Zofenopril
 Funguje jako prodrug, příslušná SH sloučenina – zofenoprilat.
 Má také antioxidační vlastnosti a vzhledem k značné lipofilitě má i dlouhý
poločas.
 Používá se ve formě vápenaté soli.
 Kromě hypotenzního účinku má i antiischemický efekt.
Angiotensin II AT1 antagonisté – sartany, ARBs (Angiotensin Receptor Blockers)
Historie:
 1980 – DuPont (John V. Duncia) - zahájili program s cílem najít Ang II antagonisty
testováním fragmentů (oktapeptid saralasin je účinným antagonistou nepoužitelným in vivo
– není orálně biodostupný, má i agonistické účinky, …) – bez úspěchu.
Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe
Sar-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Ala





angiotesin II (8 AA)
saralasin (8 AA)
sarkosin-alanin-angiotensin
Provedli screening proprietary databáze látek (> 10 000) – bez úspěchu.
1982 – Takeda patentovala deriváty benzylimidazolu jako Ang II antagonisty.
DuPont opakoval ale nejúčinnější látka měla pozorovatelný efekt až po 100 mg/kg iv (pro
70 kg člověka by znamenalo 7 g i.v.!!!).
Objevena vysoká selektivita a nízká toxicita.
Takeda i ostatní firmy toho nechaly.
OH
HN
N
COOH
N
H
N
H 2N
O
N
O
N
H
N
O
Takeda
Tyr-Ile-His-Pro
O
N
H
OH
O
Angiotensin II AT1 antagonisté – sartany, ARBs (Angiotensin Receptor Blockers)
Byla provedena obměna látek firmy Takeda – Losartan.
Molekulové modelování a docking s ANG II (nebyl k dispozici X-ray).
Vzhledem ke struktuře ANG II usoudili, že imidazol mimikuje histidin a COOH buď
terminální COOH, nebo OH Tyr.
Proto zaváděli další COOH, došlo jen k mírnému zlepšení vazby (EXP 6155-6803-7711).
Zavedení tetrazolu vedlo k podstatnému zlepšení biodostupnosti- objeven losartan.
1990 – DuPont a Merck se dohodli na vývoji losartanu.
1995 – Losartan zaveden na trh.
1996 – Valsartan a další sartany.








Cl
Cl
N
N
COOH
N
Bu
N
COOH
N
Bu
Cl
N
Bu
O
COOH
Takeda
EXP 6155
N
COOMe
EXP 6803
N
H
OH
N
COOH
COOH
EXP 7711
Angiotensin II receptor

Jedná se o G-protein coupled receptor (GPCR).

V průběhu výzkumu ANG II antagonistů bylo zjištěno, že existuje několik
subtypů - CIBA-GEIGY case.

Angiotensin II AT1 receptor – v cévách působením angiotensinu II způsobuje
silnou vasokonstrikci.
o Antagonisté – sartany (vazby AT1 jsou o 3-4 řády vyšší než AT2).
o Agonisté – angiotensin II, experimentální látky.

Angiotensin II AT2 receptor - funkce není zcela známá, hraje zřejmě roli v
procesu buněčného růstu.
o Velké množství jsou v plodu (včetně mozku), u těhotných žen v děložních
tkáních.
o Některé studie naznačují, že část pozitivních efektů sartanů může být
způsobena agonistickým působením volného angiotesinu II (nebo
angiotensinu III) na AT2 receptory.
o Agonisté – mohli by zlepšovat hojení ran (už jsou patenty).

Angiotensin II AT3 a AT4 receptory – špatně charakterizované, funkce prakticky
neznámá.
Metodiky obměny struktury
Bioisosterie - pracovní hypotéza využívaná v metodě strukturních variací.
Předpoklad: u strukturně podobných fragmentů s podobným rozložením hustoty elektronů lze
očekávat podobný vliv na biologickou aktivitu látky.
Bioisostery esterové funkce
O
O
nebo
OR1
R1
Bioisoster karboxylové funkce
N
O
O N
OH
Bioisostery amidů
NH
R
O
R
N N
N N
H
Bioisostery amidinů
NH
NH2
N
NH
O
N O
Bioisostery thiomočoviny
NH
NH2
S
NH
NH 2
N
CN
nebo
NH
NH2
N
NO2
nebo
NH
NH 2
N
SO2 NH 2
Antimigrenika
CGRP Antagonisté jako antimigrenika
Calcitonin – peptidový hormon s 32 AA produkovaný hlavně ve štítné žláze.
Reguluje obsah minerálů v kostech, hladinu Ca2+ v séru, …
Calcitonin gene – gen kódující syntézu calcitoninu. Kromě mRNA vedoucí k
syntéze calcitoninu vzniká také alternativní mRNA k syntéze
peptidu o 37 AA nazývanému CGRP (α-forma).
V hypothalamu tato mRNA převažuje.
Calcitonin gene-related peptide (CGRP) – peptid nacházející se v nervové tkání,
působí silnou vasodilataci.
CGRP receptor – receptor, který zprostředkovává účinek CGRP.
CGRP Antagonisté jako antimigrenika
Bylo zjištěno:

že v mozku jsou během záchvatu migrény zvýšené hladiny CGRP

že injekční podání CGRP vyvolá migrénu

že úspěšná léčba triptany snižuje hladinu CGRP

že CGRP receptory jsou v řadě cév, zvláště vysoká koncentrace je ale v
cévách zajištujících prokrvení mozku

že CGRP je hlavním neurotransmiterem trojklaného nervu.
Z toho plyne, že CRGP je vhodný target pro vývoj antimigrenik.
Obměnou struktury byly syntetizovány některé peptidy s CGRP antagonistickým
účinkem a na modelech se potvrdil jejich vasokonstrikční účinek.
Jednalo se hlavně o C-terminální fragmenty CGRP, např. CGRP8-37.
Pro terapii nejsou peptidy vhodné (proč asi???), => vývoj „malých molekul“.
Vývoj CGRP Antagonistů


Podařilo se vyvinout high-throughput screening (!!!).
Screenováním vlastní sbírky u firmy Boehringer Ingelheim byly objeveny hity:
Br
O
N
H
X
H
N
(R)
Br
O
(S)
X = OH; IC50 = 17 000 nM
X = NH 2; IC50 = 40 000 nM
O
NH2


Odpovídající SR, SS a RR isomery zcela inaktivní.
Testováním bylo zjištěno, že aktivita se liší dle původu receptorů
(druhová specifita).
Vývoj CGRP Antagonistů
Br
OMe
O
N
H
N
H
H
N
(R)
Br
OH
Br
O
OMe
(S)
O
N
H
O
OH
N
H
H
N
(R)
Br
O
( S)
N
N
O
N
NH2
NH 2
IC50 = 1 000 nM
IC50 = 13 000 nM
Br
O
N
N
N (R)
H
Br
OH
H
N
Br
O
(S)
O
O
N
N
N
N
N
OMe
NH 2
IC50 = 226 nM
H 2N
N
H
OH
H
N
(R)
Br
O
(S)
O
N
N
N
O
NH2
IC50 = 4,7 nM
Vývoj CGRP Antagonistů

Další obměnou byl vyvinut olcegepant, který je účinný po injekčním podání.

Jeho klinická účinnost byla tzv „proof of concept“ tohoto přístupu.

Olcegepant prošel úspěšně fází II klinického hodnocení.
Br
O
N
N
HN
N
H
H
N
(R)
Br
OH
O
Br
O
(S)
O
N
N
N
N
N
O
NH2
IC50 = 0,2 nM
N
H
N
H
OH
H
N
(R)
Br
O
(S)
O
N
N
N
O
NH2
IC50 = 0,03 nM
Ki = 0,01 nM
olcegepant
Vývoj CGRP Antagonistů

Cílem výzkumu u firmy Merck bylo najít orálně účinné CGRP antagonisty.

Screenováním série látek syntetizovaných kombinatoriální chemií u firmy
Merck vybrány 2 hity.

Z prvních dvou hitů byl pro další vývoj vybrán hit B (proč???).
NH2
O
O
H
N
O
N
H
NH
N
H
N
O
Me
N
O
N
N
O
O
N
H
N
H
O
S
Ki = 4800 nM
A
NH
B
N
H
Vývoj CGRP Antagonistů



Modifikací struktury s ponecháním benzodiazepinu byl odvozen Lead I.
Náhradou benzodiazepinu za různé fragmenty vedlo k objevení
benzimidazolinonů D (Lead II) a E.
Náhradou hydantoinu získán vysoce účinný analog F.
O
Me
N
O
N
O
O
N
H
NH
N
H
N
H
Me
Me
O
N
N
N
H
C
Ki = 4800 nM
LEAD II
R N
N
O
O
N
H
Ki = 55 nM
F
H
N
N
N
B
O
LEAD I
O
F
O
H
N
NH
N
Me
D; R = H, Ki = 43 nM
E; R = 2-Py, Ki = 21 nM
,
N
O
HN
O
O
NH
O
F; MK-3207
Ki = 0,021 nM
N
Vývoj CGRP Antagonistů

Modifikací struktury s benzodiazepinu v LEAD I byly odvozeny další analoga.

Vysoce aktivní analog H, přechodem na deriváty kaprolaktamu méně aktivní I, J.
LEAD I
Me
Me
O
N
N
H
N
O
CF3
O
O
N
NH
N
G
O
N
N
N
N
O
N
H
H
Ki = 55 nM
Ki = 22 nM
Me
Me
N
O
O
N
N
H
N
O
Ki = 3700 nM
O
N
H
N
I
O
N
N
N
H
NH
J O
Ki = 7800 nM
N
H
N
Vývoj CGRP Antagonistů

Zavedením arylu do molekuly J se opět získaly vysoce aktivní látky.

Látka K měla nejvyšší biodostupnost u psů, byla tedy dále modifikována.

Ze substituentů na fenylu byl nejlepší 2,3-difluoro.

Jako N-substituent nejlepší trifluorethyl – látka O = telcagepant.
N
O
O
N
H
N
N
O
O
N
H
N
J
O
N
N
H
O
N
H
Ki = 25 nM
O
N
H
O
K
Ki = 7800 nM
R
N
ADVANCED
LEAD
N
F
F
N
N
O
L; R = C3H5CH2, Ki = 11 nM
M; R = H, Ki =83 nM
R
N
O
O
N
H
N
N
N
NH
O
N; R = H, Ki = 3.6 nM
O; R = CF3CH2, Ki = 0.8 nM
N
NH
Vývoj CGRP Antagonistů
Jako zcela zásadní se ukazuje přítomnost volné NH skupiny vedle C=O.
Zřejmě mimikuje C-konec CGRP, který je ve formě amidu.
N
O
Br
N
H
N
N H
O
O
(S)
HN
N
NH2
N
O
N
N
F
F
O
N
N
CF 3
olcegepant
N
N
H
O
O
(R)
N
Br
O
CGRP
C-konec
NH
HO
NH 2
N
H
telcagepant
O
H
CGRP Antagonisté jako antimigrenika




Telcagepant – antagonista CGRP receptoru, váže se na receptor a
snižuje účinek CGRP, čímž dochází k vasokonstrikci.
Vývoj byl ukončen ve fázi III klinického hodnocení v roce 2011.
Vývoj MK-3207 zastaven 2009.
Novější látky – řada látek je v preklinickém testování. Např. BMS-694153
není účiná po orálním podání, ale je na zvířecím modelu (králík) účinná
po intranasálním podání. To by bylo pro léčbu migrény vhodné pro rychlý
nástup.
O
F
F
CF
NH
3
N
O
N
NH
N
N
N
O
HN
O
F
F
H
N
telcagepant
MK-0974
Ki = 0,77 nM
H
N
N
O
H
N
N
N
O
N
Me
N
H
N
BMS-694153
Ki = 0,013 nM
F
NH
O
N
F; MK-3207
Ki = 0,021 nM
O
O
Inhibitory Farnesyl Transferasy
Inhibitory farnesyltransferasy mohou být používané jako cytostatika.
Peptide
bond
isostere
SMe
O
O
H
N
H2N
OH
N
H
N
H
O
O
Ester
HS
Cys
Phe
Lead
Methyleneamino link
Peptidomimetikum

Peptidomimetikum

Ponechává si SH (interakce se Zn – kofaktorem)
 Ester prodrug snižuje ionizovatelnost – zvyšuje prostup membránami
 Náhrada terminální amidoskupiny zvyšuje stálost k amidopeptidasám
 Isosterní část musí mimikovat vazebné interakce
Inhibitory Farnesyl Transferasy
Peptide
bond
isostere
Stable
methyleneamino link
SMe
O
OR
N
H
H2N
O
N
H
HS
 Vazby pro R = H, i-Pr srovnatelné
 Jako bioisoster použito benzenové jádro
 Přítomnost fenylu nutná !!!
Inhibitory Farnesyl Transferasy
Stable
methyleneamino link
Peptide
bond
isostere
Sulfone
Terminal
amino
group
Thiol
Aromatic
substituent
 Vazby pro R = H, i-Pr srovnatelné
 Jako bioisoster použita methylenoxy skupina
 Přítomnost fenylu nutná !!!
 Zavedením sulfonu místo thioetheru se podstatně zvýšila aktivita
Inhibitory Farnesyl Transferasy
Peptide
bond
isostere
O
SMe
S
Masking
group
O
N
N
H
H
N
O
N
H
O
Masking
group
AZD-3409
F
 Vybrané nejúčinnější peptidomimetikum
 Thiol i karboxyl jsou chráněny
 Jako peptidovou vazbu mimikující struktura použito benzenové jádro
 Pyrrolidinové jádro přináší konformační rigiditu
Inhibitory Farnesyl Transferasy
Structure I
IC50 1.4 nM
Imidazole ring
 Screeningem knihovny objeven i nepeptidový lead
 Jako Zn-komplexující část je imidazol
Inhibitory Farnesyl Transferasy
Cl
Br
Steric
shield
N
Br
N
O
N
Imidazole
ring
NH2
O
Lonafarnib
IC50 1.9 nM
Sch 226374
IC50 0.36 nM
 Dalším vývojem se dospělo k lonafarnibu (fáze II KH)
 V současné době je nejperspektivnějším Sch 226374 (preklinické
hodnocení)