Привет всем подписчикам) Вчера, благодаря Тимуру и (и его команде) посту в замечательной группе Хеминформатики, на мой скромный канал подписалось около ста человек, большое спасибо и вам тоже!
Такое внимание к медицинской химии и каналу очень сильно мотивирует дальше погружаться в предмет, разбирать статейки и писать новые посты)
В ближайшее время проведу опрос, чтобы понять, кто меня читает, чтобы темы были более инклюзивны)

Относительно недавно я тут публиковал легкое чтение касательно TM EGFR TKI, где акцентировал внимание на том, что основной фрагмент, core-structure, довольно прикольный и новый. Так вот, реальность внесла свои коррективы, и я решил провести своего рода расследование, углубиться в корни, так сказатб.

Если коротко, то мотив не очень новый, даже препарат для той же мишени, патент по которому вышел на 4 года раньше, уже получил свое МНН (Nazartinib) и даже есть статья. Еще раньше был опубликован патент с таким же мотивом, но он против другой мишени, так что не считается.

Это ни в коей мере не отменяет факта, что BI проделали титаническую работу мысли (>300 молекул), да и макрики варить - не мешки ворочать. Но, в то же время, лайк за то, что творчески переосмыслили достижения коллег.

ATR in DDR cascade

ДНК повреждение ответ (DDR - DNA damage response) - это система механизмов, отвечающая за ремонт ДНК в случае воздействия на них повреждающих факторов, например, радиации, токсинов, активных форм кислорода, K-pop и тд. Быстрое восстановление ДНК необходимо для нормального функционирования клетки, в обратном случае высока вероятность развития рака. Тем не менее, в случае дефекта DDR, например, мутации в DNA repair gene BRCA1/2, которая обуславливает высокий шанс появления рака груди или яичников, происходит обратная ситуация, когда DDR мешает терапии за счет развития резистентности метилирующим ДНК агентам вроде цислплатина.

В цепочку DDR входит довольно большое число белков (ATR, ATM, DNA-PK, CHK1, CHK2, Wee1, and PARP), считающихся потенциальными мишенями для разработки противораковых агентов.

Ключевым звеном в механизме является ATR (Ataxia telangiectasia mutated and Rad3-related) киназа. Более подробно про механизм работы пути ATR-CHK1 можно почитать здесь. Если коротко, активация ATR ведет к активной починке ДНК, что делает мишень критически важной для выживания опухоли при химиотерапии. Выключение ATR селективно токсично в отношении клеток, где драйвером пролиферации является онкогенный фактор. Интересно, что ATR активируется в ответ на блуждающие кусочки ДНК (ssDNA), UV, IR-излучение.

Роль ATR-CHK1

ATRk-ингибиторы

Несмотря на то, что хоть концепт ATR-ингибирования и был довольно широко изучался сообществе, основные разработки велись в отношении нижестоящего CHK1-2. CHK1-2 - ингибиторы даже попали в клинические исследования, но успеха особого не достигли. Основные проблемы были связаны с тем, что не получалось достичь селективности и ингибиторы вязались с CDK1, CDK2, PI3K, что снижало терапевтический потенциал. Тем не менее, произошел, так сказать, пруф оф концепт и ATR-киназы стали даже более интересны.

Прямо сейчас на клинике, Phase I & II, присутствует несколько молекул (Berzosertib (M6620 (VX-970)), Ceralasertib (AZD6738)), а также разработка от Bayer, которую мы сегодня обсудим. Все ингибиторы ATR, по понятным причинам, используются в комбинации с DNA-damaging агентами, например, PARP ингибиторами, препаратами платины и радиотерапией. Основная нозология для таких препаратов - advanced solid tumors and lymphomas.

Препараты на клинике:

Кофеинчик

Признаюсь, я очень люблю кофе. Заказываю нетривиальные виды из экзотических стран, смотрю на обжарку, кислотность и вот это вот всё. Даже одно время вручную молол. Попытавшись найти статистику по тому, сколько в год выращивается и продается, я столкнулся с тем, что это какие-то гигантские цифры и адекватной посчитать это крайне сложно. К слову, моя экоактивная подруга недавно изучала этот вопрос с точки зрения бизнеса и окружающей среды.

Другой темой, близкой мне по аспирантуре, являются аденозиновые рецепторы (ARs), тоже связанные с кофе - одним из первых открытых соединений, которые достоверно связывается с ними, стал кофеин. Аденозиновые рецепторы и кофеин есть еще в одной моей любимой теме - нейродегенеративные заболевания. Мета-анализ свидетельствует о том, что есть статистически значимая корреляция между потреблением кофеина и снижением риска деменции и нейродегенеративных заболеваний. Большой и обстоятельный обзор производных кофеина в медхимии опубликовали в Jomc, так что го смотреть.

Кофеин с химической точки - это 1,3,7-триметилксантин, обладающий большинством drug-like свойств, делающих его потенциально привлекательным для создания лекарств на его основе. Он сносно растворяется, хорошо проходит мембраны клеток, его синтез и модификации давно и глубоко изучены. Метаболизируется в печени до параксантина и теобромина с теофиллином (N-деметилированием). Проходит ГЭБ, плацентарный барьер.

В чистом и не модифицированном виде кофеин обладает антагонистической активностью ~10 mkM в отношении всех 4 типов ARs. Есть данные и по другим мишеням, например, ингибирование фосфодиэстераз, активация рианодинового рецептора (внутриклеточный Ca-релизер).

Благодаря своей универсальности - модификации кофеина разрабатывали в качестве селективных антагонистов ко всем типам AR.

G-белок, ассоциированный с A1 и A3 ингибирует аденилатциклазу, что приводит к снижению цАМФ, снижению активности протеинкиназы A (PKA) и форсфорилирования цАМФ-зависимого элемент-связывающего белка (CREBP), нарушение функции которого клинически значимо при острой миелоидной лейкемии и других онкологических заболеваниях. Активация A2a и A2b приводит к повышению уровня цАМФ, активности PKA, PKC и увеличению внутриклеточного Ca2+.

В опухолевых тканях, а конкретно, в теплой и ламповой атмосфере tumor microenvironment, концентрация аденозина (и других иммуносупрессивных цитокинов) сильно выше, чем могла бы быть в нормальной ткани. Это своего рода защитный механизм опухоли, который позволяет ей снижать эффективность собственного иммунитета. К слову, на преодолении этой защиты, например, основан механизм работы anti-PD1 и anti-PD-l1 антител. Именно воздействие на пуринэргическую систему извне может усилить действие антител, таким образом, ускоряя выздоровление и увеличивая вероятность ответа на иммунотерапию.

В то время как под 1, 3 и 2b подтипы лекарственные лиганды еще разрабатываются, селективный антагонист A2a AR, истрадефиллин, получил в 2019 году аппрув от FDA для лечения “off” периодов болезни Паркинсона, то есть периодов ремиссии.

Судя по тому, как активно идут исследования CD73-ассоциированного пути в разрезе иммунотерапии опухолей, а также, как все более глубоко разматываются цепочки аденозиновых рецепторов, то производные кофеина мы еще увидим в качестве новых лекарств.

Про селективность на примере киназных ингибиторов

Ингибиторы фосфорилирующих киназ (КИ) - это одна из самых больших групп лекарственных молекул, около 100 молекул сейчас уже находятся на рынке и применяются в отношении широкого спектра опухолевых и аутоиммунных заболеваний. Такое разнообразие препаратов обусловлено тем, что механизмы возникновения заболеваний, будь то рак молочной железы или лейкемия, могут кардинально отличаться, опухоли мутировать, а химиотерапию часто необходимо подбирать индивидуально и согласно стадии заболевания.

Киназы, по-другому их еще можно назвать фосфотрансферазы, опосредуют перенос фосфатной группы от молекулы АТФ к некоторому, чаще всего белковому, субстрату. Механизм же ингибирования, то есть временного (или даже полного) выключения белка из биологического цикла, для КИ заключается в том, что КИ первого поколения (самая распространенная категория) мимикрируют под молекулу АТФ, связываются с киназой сильнее АТФ, но не имея в своей структуре легко отщепляемого фосфата - выступают в роли заглушки.

Самая большая сложность в разработке КИ кроется именно в том, что все киназы имеют в своей структуре АТФ-связывающий участок, более-менее одинаковый для всех киназ и практически идентичный внутри семейств. Если первые препараты (вроде иматиниба) могли себе позволить быть пан-киназными, то есть ингибирующими сразу много разных видов киназ, то новейшие препараты должны обладать свойством селективности.

Селективность - это способность препарат связываться исключительно с одной мишенью, реже с семейством мишеней. Проще говоря, активность препарата дожна быть во много раз выше в отношении одного белка, например, киназы, чем в отношении других.

Почему селективность так важна в современной разработке? Все очень просто, помимо негативных в онкологии или аиз, киназы выполняют еще жизненно важные функции в обычных клетках. Выключение ключевых киназ неселективным ингибитором приведет к гибели здоровых клеток, что с высокой вероятностью вызовет массу нежелательных побочных эффектов у пациентов. Можно посмотреть подробнее, например, здесь.

Как же достичь селективности у КИ? Вот здесь уже нет однозначного ответа. При довольно большой схожести связывающих карманов, даже близкородственные киназы могут отличаться в определенных аминокислотах. Глицин или аланин, тирозин или фенилаланин? Новый hindge-связывающий мотив с необычным положением в кармане? На таких минимальных отличиях можно построить стратегию дизайна.

Из интересных кейсов могу отметить два Janus kinase ингибитора. Я недавно упоминал их в своей длинной телеге об ошибке выжившего.

В одном случае, был обнаружен необычный пиразолопиридоновый фрагмент, который был довольно специфически активен в отношении jak1 за счет именно хемотипа, а не только оптимизирующих модификаций.

В другом, авторы увидели необычную стабильность фосфорилирующей петли в X-ray структуре белка. Обычно эту петлю не получается достоверно увидеть и качественно закристаллизовать, так как в норме она очень подвижна. Тем не менее, в ходе исследования удалось обнаружить удивительное качество разрешенной структуры, что навело на мысль о стабилизирующей роли ингибитора, который, как бы, фиксировал петлю в пространстве. Авторам удалось выделить и воспроизвести структурную особенность ингибитора из кристалла в своих молекулах. Таким образом, гипотеза привела к разработке одного из самых селективных на данный момент ингибитора Jak1 киназы, AZD4205.

Бигфарма очень трепетно хранит свои секреты. Особенно это касается структуры лекарственной молекулы, которая поедет непосредственно на клинические исследования. Если у конкурентов получится раскрыть эту структуру, то они очень быстро cмогут разработать аналогичный препарат и тогда first-in-class недолго будет снимать сливки с рынка.

Чтобы усложнить задачу в патентной практике принято обозначать активности соединений шифрами, например, указывая диапазоны буквами, звездочками, плюсиками: A: <10 nM, B: 10 nM < X < 100 nM… Другая история - это Маркуш, способ записи молекулы в патенте таким образом, что каждый участок ее подробно расписан, чем больше перечислено заместителей, тем меньше возможности у конкурентов обойти патент.

Недавно я наткнулся на the mother of patents на 1000 страниц от компании Relay Therapeutics на селективный ингибитор FGFR2. Судя по тому, что их патент покрывает гигантское химическое пространство, включает в себя подробно описанные 1500 молекул (с активностями и даже спектрами ЯМР), то это навевает на мысль, что они и правда нашли что-то стоящее.

Предлагаю подписчикам сыграть в одну игру, попробовать предположить ту молекулу, которую RelayThx отправили на клинику.

У меня тоже есть свои мысли на этот счет, чуть позже выложу подсказку)

М-метаболизм

Пожалуй, одна из самых важных и обсуждаемых тем в медицинской химии - это метаболизм лекарственных молекул. Думаю, все мы знаем, что молекула, проходя через стенки кишечника, попадает в воротную вену и едет прямиком в печень. В клетках печени есть, т.н. микросомальные ферменты, цитохромы. Их основная задача сделать из молекулы-ксенобиотика (то есть, чужеродной организму) что-то, что гораздо быстрее и проще выйдет обратно наружу через почки или кишечник. Если молекула липофильная, то скорее всего она будет окислена цитохромом CYP3A4, гидроксилирована, а затем конъюгирована, например, с глютатионом. Далеко не всегда процесс метаболизма приводит к дезактивации ксенобиотика, тогда в результате получается токсичный метаболит, который идет дальше гулять по кровяному руслу и причинять неприятности, например производное парацетамола.

У меня вряд ли получилось бы уместить рассказ обо всех этих процессах даже в двухчасовую лекцию, поэтому скорее всего мы к ней еще вернемся.

Сейчас же я хочу поделиться с вами недавней статьей, где мишенью был фермент, находящийся в клетках головного мозга, отвечающий за преобразование холестерола в 24S-гидроксихолестерол, с неожиданным названием холестерол 24-гидроксилаза(CH24H). Фермент входит в семейство цитохромов. Нарушение в работе фермента связывают с довольно широким спектром нейрологических заболеваний, так как путь участвует в регуляции транспорта глутамата, NMDA рецепторов и много чего еще. Ингибиторы потенциально могут применять в детских орфанных заболеваниях, например, Lennox–Gastaut syndrome и Dravet syndrome.

В ходе разработки препарата Soticlestat возникла проблема, обусловленная тем, что его ингибирующий механизм основан на связывании пиридинового кольца с молекулой гема в активном центре CH24H по атому железа. Таким образом, было необходимо лавировать между неселективным ингибированием цитохромов печени и таргетным ингибированием CH24H.

Чтобы разобраться, насколько специфически ингибиторы вяжутся с CYP3A4, необходимо было модифицировать пиридин, обуславливающий взаимодействие с Fe гема. Было предположено, что если декорированный пиридин будет препятствовать взаимодействию, но CYP3A4 ингибирование останется на прежнем уровне, то связывание неспецифическое, обусловленное липофильностью, а значит им можно управлять. То есть, замещение пиридина не должно изменить активность в отношение CYP3A4, а дальнейшие модификации в сторону снижения logP приведут к благоприятному профиль. Гипотезу удалось элегантно подтвердить, результаты вы можете увидеть на картинке сверху.

Фотошоп Отчетов

Лечение Болезни Альцгеймера (БА) находится в топе, если не на первом месте, актуальных, но не решенных загадок современной медицины. Проблема заключается в том, что механизм возникновения и развития БА - это настолько спорная и неоднозначная тема, что до сих пор выходят все новые и новые исследования чуть ли не ежедневно.
Позавчера была амилоидная теория, вчера - тау-теория, сегодня лидируют аутоиммунная, воспалительная и даже бактериальная. Существующая терапия направлена не на механизм, а по сути своей поддерживающая, симптоматическая.
Из такого разнообразия предположений и потенциально огромного рынка вытекает ожидаемая гонка фармы.
Как верно замечали у меня в комментариях, нынешняя стратегия условных рош-новартис-зенек-айзеров по разработке рискованных препаратов заключается в инвестициях в стартапы и, следовательно, диверсификации потенциальных рисков. Можно немного вложить сразу во всё, а потом предъявить, если (не) выстрелит.
Подобная стратегия в разработке препаратов от БА просто жизненно необходима, потому что они постоянно проваливаются. Да не просто, а с громким треском, после 1-2-3 фаз клиники, потратив миллиарды долларов. Препарат может отлично работать в пробирке, на клетках, на мышах, безопасен на здоровых пациентах, но никак не лечит реальных больных.
Следом за довольно громкой новостью от биогена и их нордическим антителом Aduhelm, где опять всем настроение похоже испортит FDA, засветилась еще одна организация, Cassava Sciences с препаратом Simufilam.
История очень простая и даже довольно типичная, у экспертов и FDA появились сомнения в подлинности результатов с клинических исследований. Согласно примерам, опубликованным в этом блоге, компания рисовала western blot’ы в фотошопе, да еще и не очень умело. Недавно китайцы уже отметились своими “бумажными мельницами” примерно в том же ключе, но там у ребят стоит выбор между получением степени и совестью. В случае же команды из Cassava очень интересно услышать официальный ответ, будет ли это что-то в духе “товарищ Сталин ничего не знал, в CRO пробрались враги”. Подробности истории с картинками вы сможете прочитать в блоге.
Молекула же выглядит довольно интересно, по сути это такой азотсодержащий спироцикл с бензильной защитой. Хотелось бы почитать про его разработку, так как он похож на хороший пример тестирования полупродукта. То есть, при длительных синтезах химик-синтетик может получать конечный кандидат за 10-15 стадий, на каждой из которых есть молекулы проще, но в то же время, потенциально интересные для анализа.
Два вывода из сегодняшней истории: 1) не подделывайте отчеты, 2) тестируйте полупродукты

Новогоднее

Немного неловко получилось, собрал вас всех здесь, а писать перестал. Последний хоть сколько-то содержательный пост был аж летом. А в календаре уже 2022, представьте себе.

Тем не менее, хоть сейчас это может показаться не очень убедительным, но канал я не собираюсь забрасывать. И в следующий раз буду предупреждать, если вновь нахлынут одновременно кризисы жанра, рабочие дела и прочие проблемы белых людей.

А сложилось все довольно интересно. Я перешел с позиции непосредственного “разработчика” лекарственных молекул в команду по разработке сервисов и моделей. То есть, из разряда юзеров чего-то вычислительного по-ближе к тем, кто все это создает. Соответственно, и задачи изменились, и темпы, и коллектив, и многое другое, к чему нужно было привыкнуть, изучить, и в чем нужно было разобраться.

Так вот, к чему это я, новые посты однозначно будут, и даже скоро, но возможно слегка сместится точка зрения от практической к эфимерно-вычислительной.

Спасибо, что не нажали кнопку отписаться! Всем успехов, достижения целей и прочих маленьких/средних/больших радостей в новом году)