LZA Ķīmijas, bioloģijas un medicīnas zinātņu nodaļas sēde

„CINKA ATKARĪGIE ENZĪMI”

Piektdien, 2012. gada 9.martā plkst. 14.00

LZA sēžu zālē (Akadēmijas laukumā 1, 2.stāvā)

Cinka atkarīgo enzīmu loma un nozīme jaunu ārstniecības vielu radīšanā. MMP inhibitori
      LZA kor.loc., OSI vad.pētn. Pēteris Trapencieris

Ogļskābes anhidrāžu (CA) inhibitori kā potenciālie terapijas līdzekļi
      OSI vad.pētn. Raivis Žalubovskis

Selektīvu TACE inhibitoru izveide
      RTU asoc.profesors, OSI vad.pētn. Aigars Jirgensons

HDAC inhibitoru pētījumi
      OSI vad.pētn. Einārs Loža

Nākotnes perspektīvas
      LZA kor.loc., OSI vad.pētn. Pēteris Trapencieris

ĶBMZN pr-js: Raimonds Valters

2012.gada 9.martā LZA Ķīmijas, bioloģijas un medicīnas zinātņu nodaļas sēdē „CINKA ATKARĪGIE ENZĪMI” pēc akadēmiķa Raimonda Valtera un korespondētājlocekļa Pētera Trapenciera ievadvārdiem sēdes dalībnieki noklausījās un apsprieda 4 referātus par sekojošām tēmām, kuras pēdējos gados attīstītas Latvijas Organiskās sintēzes institūtā (OSI):

Cinka atkarīgo enzīmu loma un nozīme jaunu ārstniecības vielu radīšanā. MMP inhibitori (LZA kor.loc., OSI vad.pētn. Pēteris Trapencieris). Cinku saturošo enzīmu loma dzīvās dabas procesos ir ļoti būtiska, to funkcijas ir dažādas atkarībā no to izplatības un koordinējošo aminoskābju dabas. Tā vairāku Zn atkarīgo enzīmu (CA, HDAC) palielināta ekspresija vēža šūnās rada interesi meklēt pretvēža aģentus starp šo enzīmu inhibitoriem. Pēdējā desmitgadē Latvijas Organiskās sintēzes institūtā tiek veikti plaši pētījumi, lai noskaidrotu dažādu Zn saturošo enzīmu inhibitoru ietekmi uz ļaundabīgo audzēju šūnām. LZA Akadēmiķa Ivara Kalviņa un vadošā pētnieka Eināra Ložas laboratorijas ķīmiķi (OSI) sadarbībā ar Lielbritānijas un Dānijas firmām radījuši jaunu pretvēža preparātu Belinostat, kurš ir sekmīgu klīnisko pētījumu beigu stadijās. Šis preparāts sintezēts OSI laboratorijās un ir klasisks HDAC inhibitors. Arī matricu metālproteināžu (MMP) aktīvajā centrā atrodas Zn²⁺ joni un šie enzīmi šķeļ ekstracelulāro matricu proteīnus. Atsevišķu MMP izoformu loma jau ir noskaidrota, piemēram, MMP-2 un MMP-9 ir nozīmīgi metastāžu, bet MMP-1 ir svarīga loma reimatoīdā un osteoartrīta veidošanās procesos. Tāpēc ļoti būtiski ir radīt selektīvus MMP inhibitorus. Līdz šim zināmie aktīvie MMP inhibitori – Marimastat un Trocade neizturēja klīnisko pētījumu testus to zemās selektivitātes un augstās toksicitātes dēļ. Mums līdz šim ir izdevies dažādās savienojumu klasēs radīt vairākus daudz selektīvākus MMP izoformu inhibitorus, kuri tikai nedaudz atpaliek no Marimastat aktivitātes.

Ogļskābes anhidrāžu (CA) inhibitori kā potenciālie terapijas līdzekļi (OSI vad.pētn. Raivis Žalubovskis). Optimāls pH līmenis ir būtisks faktors šūnu normālai darbībai gan mikroorganismos, gan daudzšūnu organismos. Būtiska loma šūnu pH regulēšanā piemīt ogļskābes anhidrāzēm (CA), kas apgriezeniski katalizē oglekļa dioksīda daļēju hidrēšanu tā uzturot optimālu pH līmeni šūnās un nodrošinot CO₂ transportu organismā. a -CA klases izoformu koncentrācija būtiski atšķiras dažādos orgānos. Tā CAII ir atrodama daudzos orgānos lielās koncentrācijās, taču CAIX un CAXII izoformas ir konstatētas tikai dažos orgānos un ļoti zemās koncentrācijās, piemēram, zarnu traktā, taču to koncentrācija ir augsta daudzu audzēju šūnās, kas padara šos enzīmus par mērķa enzīmiem vēža terapijā. Otra būtiska klase ir β-CA, kas atrodamas mikroorganismos un parazītos, taču nav sastopamas zīdītājos. Līdz ar to β-CA aktīvāko izoformu selektīva inhibēšana ir uzskatāma par inovatīvu jaunas paaudzes pretinfekcijas līdzekļu radīšanas metodi. Latvijas Organiskās sintēzes institūtā 2007. gadā tika iesākti un veiksmīgi attīstīti CA inhibitoru pētījumi. Balstoties gan uz molekulārās modelēšanas, gan CA vispārējās uzbūves, kā arī zināmo inhibitoru struktūras-aktivitātes sakarībām ir radīta virkne jaunu un selektīvu a -CA inhibitoru. Sintezēti inhibitori gan sulfonamīdu, gan sulfamīdu klasēs, kas ir uzskatāmas jau par klasiskām CA inhibitoru klasēm, gan arī radīta jauna kumarīna bioizostēra klase – sulfokumarīni, kas bioloģiskā skrīningā ir uzrādījuši daudzsološu aktivitāti un selektivitāti uz vēža šūnās atrodamo CAIX un CAXII izoformām.

Selektīvu TACE inhibitoru izveide (RTU asoc.profesors, OSI vad.pētn. Aigars Jirgensons). TACE (Tumor necrosis factor alfa- converting enzyme) ir cinku saturošs enzīms, kura funkcija ir nošķelt pie imunās sistēmas šūnu mebrānām piesaistīto TNF-alfa. Šķīstošais TNF-alfa ir proinflamatorais citokīns, kurš palielinātās koncentrācijās izraisa virkni autoimūno saslimšanu, piemēram, reimatoīdo artrītu, psoriāzi, krona slimību, ulceratīvo kolītu u.c. TACE ihibitori, kas kavē šķīstošā TNF-alfa veidošanos ir potenciāli preparāti šo slimību ārstēšanai. Mūsu darbs bija veltīts uz bezosultāma bāzētu hidroksāmskābju attīstīšanai par aktīviem un selektīviem TACE inhibitoriem. Darba ietvaros tika izveidotas sintēzes metodes, kas ļauj plaši variēt bezosultāma bāzes struktūras aizvietotājus, kā arī iegūt enantiomēri tīras hidroksāmskābes. Ievadot molekulā papildus struktūrelementus - propargil- un hinolīn-4-il-metil aizvietotājus, ieguvām selektīvus inhibitorus attiecībā pret radniecīgo MMP enzīmu ģimeni ar TACE inhibitoro aktivitāti zemās nanomolārās koncentrācijās.

HDAC inhibitoru pētījumi (OSI vad.pētn. Einārs Loža). Transkripcijas regulēšana ir viens no galvenajiem epiģenētiskās kontroles mehānismiem, un tās būtiska sastāvdaļa ir proteīnu lizīna aminogrupu acetilēšanas-deacetilēšanas procesi. Eikariotos minētās reakcijas nodrošina histonu acetiltransferāzes (HAT) un histonu deacetilāzes (HDAC) saskaņota darbība. Izmaiņas vai traucējumi šīs fermentu sistēmas regulējošajā darbībā var novest pie neatbilsošas gēnu ekspresijas, kas ir galvenais cēlonis daudzu vēža formu patoģenēzē. Ar HAT-HDAC mehānismu saistīto epiģenētisko noviržu potenciālā apriezenība ir farmakoloģisko inhibitoru idejas pamatā. Tā, HDAC inhibitoru inducētā histonu hiperacetilēšana var normalizēt vēža šūnas darbību, reaktivējot gēnu ekspresiju, izraisot šūnu diferenciāciju, šūnas cikla arestu vai apoptozi. Latvijas Organiskā sintēzes institūtā jau kopš 2000.gada ir izvērsti HDAC inhibitoru sintēzes un to darbības pētījumi. Izmantojot molekulāro modelēšanu un HDAC inhibitoru vispārējās uzbūves principus atbilstoši farmakoforajam HDAC receptora modelim, ir atrasti virkne strukturāli atšķirīgu un efektīvu (IC₅₀ < 100 nM) HDAC inhibitoru, kuru kopēja iezīme ir hidroksāmskābes funkcionālās grupas klātbūtne molekulā. Sīkāk analizētas tādu savienojumu sēriju kā 4-[(hidroksilamino)karbonil]-fenil 1-aril-cikloalkānkarboksilātu, N-hidroksi-3-hinolinilakrilamīdu, N-[6-(hidroksiamino)-6-oksoalkil] arilamīdu un kanēļskābes sulfonamīda templātu saturošu struktūru galvenās sintēzes stratēģijas, kā arī iegūto savienojumu struktūras-aktivitātes likumsakarības. Izdarīti arī pētījumi tādu HDAC inhibitoru izveidē, kuriem hidroksāmskābes funkcionālā grupa aizvietota ar tās potenciāliem bioizostēriem un pētīta to inhibitorā aktivitāte. Iegūtie rezultāti ir izmantoti tālākai zāļu kandidātu atlasei no šiem savienojumiem. Pašlaik klīnisko pētījumu II un III fāzē atrodas pretvēža preparāts Belinostats (PXD101), kura izstrādē ir piedalījušies arī OSI speciālisti, un kura tālāko komercializāciju virza farmakoloģijas firmas Topotarget un Curagen.

Nākotnes perspektīvas (LZA kor.loc., OSI vad.pētn. Pēteris Trapencieris) Zn saturošo enzīmu pētījumos saistās gan ar vairākām jaunām pieejām zāļu radīšanā izmantojot multi mērķu zāļu dizainu, lai radītu jaunus pretvēža duālos inhibitorus dažādās savienojumu klasēs, gan arī paplašinot sadarbību ar struktūrbioloģijas speciālistiem (kor.loc. Kaspars Tārs), gan izvēršot paplašinātus bioloģiskos pētījumus (kor.loc. Maija Dambrova). Ir radīti pirmie selektīvie duālie MMP un CA inhibitori, kuru attīstīšana varētu novest pie jauna darbības mehānisma pretvēža zālēm. Katrai cinka atkarīgo enzīmu grupai ir selektīvas Zn-saistošās grupas, kuru attīstīšana varētu dot jaunas specifiski selektīvas zāļu vielu kandidātmolekulas.