Инновационный путь развития технологии создания новых лекарственных средств (стр. 4 из 5)
Для установления пространственного строения активной молекулы ГАМК и участка ее рецептора была изучена связь структуры с физиологической активностью некоторых аналогов ГАМК, имеющих в отличие от гибкой молекулы ГАМК жесткую структуру. Так, мусцимол, 4-аминотетрловая и 4-аминокротоновая кислоты имеют определенную конформацию благодаря наличию циклической структуры двойных и тройных связей. Различное действие мусцимола и других аналогов ГАМК, на спинные нейроны, а также структурные характеристики ряда ингибиторов захвата ГАМК показывают, что в процесс поглощения ГАМК нервными структурами и взаимодействия ее с постсинаптическими рецепторами она может иметь как вытянутую, так и свернутую конформацию.
Методами молекулярного моделирования были получены модели молекулы ГАМК и ГАМК-рецептора. Модель молекулы ГАМК была получена в программе HyperChemv6.0 методом оптимизации PM3. Пример модели молекулы ГАМК приведен на рисунке 4.
Рисунок 4 – Модели молекулы ГАМК. а) оптимизация молекул ГАМК в воде; б) вытянутая конформация; в) свернутая конформация.
Была выдвинута гипотеза, что взаимодействие молекулы ГАМК и рецептора обусловлено конформацией молекулы ГАМК. Положение ионов N+ и О- и расстояние между ними обуславливает образование комплекса между рецептором и медиатором. Образованный комплекс изменяет проводимость мембраны за счет образования пор.
Для проверки гипотезы была построена модель рецептора по аминокислотной последовательности, полученной из базы данных RCSB.PDB (ProteinDataBank), в специализированной программе DeepView – TheSwissPdbViewerv3.7. Построенная модель приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Модель рецептора ГАМК.
Как видно из модели ГАМК-рецептора в центре есть канал для связывания с молекулами ГАМК. Размеры канала составляют 6,65 Ао, а размер комплекса из трех молекул вытянутой конформации ГАМК составляет 6,012 Ао, что позволяет предположить что взаимодействие происходит именно поэтому месту [11].
3.2 Определение биологической активности при помощи программы PASS
Объектом является химическое соединение – дикаин.
Структурная формула дикаина:
Температура плавления 147-150
. Соединение представляет белый кристаллический порошок без запаха. Легко растворим в воде и спирте. Дикаин сильное местноанестезирующее средство, обладающее высокой токсичностью. Применяют в глазной и оториноларингологической практике при некоторых оперативных вмешательствах, а также для анестезии.Были предложены варианты новых структур для компьютерного дизайна молекулы дикаина с целью снижения его токсичности с сохранением или даже усилением анестезирующих свойств.
Введение в бензольное кольцо «облагораживающей» карбоксильной группы и замена диметиламиногруппы на более фармакоактивную диэтиланиногруппу позволит снизить токсичность соединения, облегчить гидролиз сложноэфирной связи с высвобождением антигистаминного фрагмента - диэтиламиноэтанола.
Алифатический радикал н-бутил в структуре дикаина усиливает фармакологический эффект. При замене его на адреналиновый фрагмент ожидается получить более яркое анестезирующее действие.
К настоящему времени известно, что биологические системы не делают различия между плоскими кольцами, поэтому при замене ароматической основы н-аминобензойной кислоты на никотиновую (или изоникотиновую) кислоту изменяется полярность молекулы, облегчается задача введения различных заместителей в ароматическое кольцо. К тому же, аминопроизводные никотиновой кислоты (кордиамин) являются стимуляторами центральной нервной системы.
Один из наиболее эффективных анестетиков, промедол, содержит в структуре вместо ароматического пиридинового кольца пиперидиновое, что является предпосылкой для модификации молекулы дикаина.
Условно новым структурам дали названия:
1) Структура 1 – карбоксиструктура;
2) Структура 2 – адреноструктура;
3) Структура 3 – никотиноструктура;
4) Структура 4 – пиперидиноструктура.
Примеры структур приведены на рисунке 6.
Рисунок 6 – Предложенные структуры.
При помощи программы HyperChem была доказана возможность существования данных соединений путем оптимизации молекул и построения графиков потенциальной энергии. По графикам были обнаружены максимумы и минимумы, что подтверждает существования молекулы по квантовым расчетам.
После доказательства существования молекулы была проведена проверка биологической активности на программе PASS. Сводный анализ биологической активности дикаина и новых структур приведены в таблице 1.
Современная версия компьютерной системы предсказания спектра биологической активности PASS C&T (Prediction of Activity Spectra for Substances: Complex & Training) реализована в 1998 году. Она включает в себя обучающую выборку, содержащую более 45000 биологически активных веществ с известной биологической активностью, и охватывает более 400 фармакологических эффектов, механизмов действия, а также мутагенность, канцерогенность, тератогенность и эмбриотоксичность[12].
Таблица 1 Таблица биологической активности ряда веществ
| Характеристика фармакологической активности | Основная структура | Модифицированные структуры | |||
Дикаин   | Структура 1Карбоксиструктура | Структура 2Адреноструктура | Структура 3Никотиноструктура | Структура 4Пиперидноструктура | |
| 1. Спазмолтик | 0,6030,023 | 0,591 0,025 | 0,620 0,021 | 0,683 0,017 | 0,680 0,015 |
| 2. Сосудорасширяющее средство | 0,5110,048 | 0,367 0,095 | 0,472 0,059 | 0,548 0,031 | 0,537 0,042 |
| 3. Антагонист кальциевых каналов | 0,405 0,015 | 0,264 0,051 | 0,362 0,020 | 0,326 0,026 | 0,411 0,014 |
| 4. Антигипер-тензивный | 0,350 0,107 | 0,301 0,142 | 0,237 0,211 | 0,364 0,098 | 0,402 0,078 |
| 5. Агонист β-адренорецепторов | 0,114 0,098 | 0,113 0,101 | 0,139 0,043 | ||
| 6. Токсичный | 0,323 0,166 | 0,331 0,160 | 0,291 0,188 | ||
| 7. Тератоген | 0,219 0,214 | 0,233 0,195 | 0,243 0,182 | ||
| 8. Антагонист β-адрено-рецепторов | 0,092 0,091 | 0,092 0,09 | |||
| 9. Диуретик | 0,211 0,144 | ||||
10. агонист  -адренорецепторов | 0,144 0,041 | ||||
| 11. Агонист α-адренорецепторов | 0,133 0,119 | 0,253 0,075 | |||
12. Антагонист  -адренорецепторов | 0,233 0,051 | ||||
3.3 Поиск физиологически активных аналогов ССК-4
Было известно, что многие пептиды, в частности, аналоги гастроинтерального гормона холецистокинина(ССК), состоящего из 33 аминокислот (ССК-33), при парентеральном введении обладают способностью существенно влиять на психоэмоциональный статус. ССК пептиды функционируют в центральной нервной системе(ЦНС) как нейромодуляторы и участвуют в регуляции поведенческих реакций, болевых ощущений, процессов памяти и обучения.
В связи с этим следует ожидать, что модуляция ССК системы является основой для лечения и предупреждение психотических заболеваний.
Наиболее перспективным направлением при поиске средств купирования психических расстройств является конструирование аналогов эндогенных пептидов, который характеризуются минимальной токсичностью и отсутствием побочных эффектов. В этом аспекте актуальны разработка и синтез соединений на основе нейропептидов – антагонистов минимального физиологически активного С-концевого фрагмента холецистокинина – пептида ССК-4. ССК-4 - селективный агонист к холецистокининовым рецепторам второго типа, которые вовлечены в формирование психоэмоционального состояния.
Пространственная структура рецептора была получена из базы данных ProteinDataBank (www.spdb.org). Оптимизацию молекул проводили с применением метода молекулярной механики BIO+ и полуэмпирическим квантово-химическим методом PM3, которые реализованы в программном комплексе HyperChem. В итоге по результатам молекулярного моделирования были получена наиболее вероятная биологически активная конформация молекулы ССК-4, которая представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 – Биологически активная конформация ССК-4
Исходя из структуры биологической конформации были предложены аналоги. В ходе данной работы были получены следующие результаты:
1) Методами молекулярного моделирования сконструирована вероятная биологически активная конформация пептида ССК-4, а также разработана пространственная модель взаимодействия лиганда ССК-4 с активным центром холецистокининового рецептора второго типа.