醫(yī)學ppt以bcl2蛋白家為靶點的抗腫瘤藥物設計

1、以bcl-2蛋白家族為靶點的抗腫瘤藥物設計bcl-2 family proteins as therapeutic targets for anticancer drug designdate: 2013-05-231outlinebackgroundl hallmarks of cancerl the bcl-2 protein familymodel of bh3 mimetic-induced apoptosisstructure basis for designing ligandssmall molecule inhibitorslpeptidomimetic approach mi

2、mic the a-helix of the bh3 peptideslabt-737, abt-263 and their analogslpan-active inhibitor of bcl-2lselective bcl-2 inhibitorslselective bcl-xl inhibitorlselective mcl-1 inhibitors2,cell,144(5): 646-674hallmarks of cancer3extrinsic and intrinsic pathways of apoptosisexpert opin. ther. patents (2012

3、) ,22(1):37-554the bcl-2 protein familythe bcl-2 family proteins with anti- or pro-apoptotic function characteristics: (often) a c-terminal transmembrane domain. bcl-2 homology (bh) domains. bcl-2 proteins form homo- and heterodimers via their bh-domains bh1, bh2: predicted to form ion channels bh3:

4、the ”suicide domain” regulates cell death bh4:thought to confer anti-apoptotic activity.(chan & yu. (2004). clin. exp. pharmacol. physiol. 31: 119).chipuk, j. e，molecular cell ，2010，37(3): 299-3105elevated of bcl-2 or bcl-xl expressionseminars in oncology, 2004,30(supplement 16): 133-142.6model

5、of bh3 mimetic-induced apoptosis一、直接模型： 抑制劑代替促凋亡蛋白bak/bax，與抗凋亡蛋白bcl-2/bcl-xl結合，從而抑制后者，促進細胞凋亡二、間接模型 抑制劑替代特定的激活因子bh3-only蛋白，與抗調亡蛋白如bcl-2/bcl-xl結合，游離出來的bh3-only蛋白，激活bak/bax。nature reviews drug discovery 2008，7(12): 989-1000clinical cancer research 2009，15(4): 1126-1132.oncogene ，2009，27(s1): s149-s157.

6、7structure basis for designing ligands8the molecular basis for heterodimer formation heterodimerization between members of the bcl-2 family of proteins is a key event in the regulation of apoptosis pro-apoptotic protein(bak) adopts an amphipathic a- helix(bh3 domain) that interacts with anti-apoptot

7、ic proteins(bcl-xl) through hydrophobic and electrostatic interactions in the hydrophobic cleft.9抗凋亡蛋白(bcl-2)是通過其表面疏水凹槽與促凋亡類(bim)的 bh3區(qū)域結合發(fā)生相互作用，調節(jié)細胞正常的生理凋亡。bcl-2 family antagonists for cancer therapy. nature reviews drug discovery 2008，7(12): 989-1000overlay of bcl-xlabt-737 complex with bcl-xllbim

8、 bh3 complexbcl-2 and bim bh3 10bcl-xl and bak-bh3 surface representation of the binding pocket of bcl-xl bound to the bak peptide11. structure of bcl-xl-bak peptide complex: recognition between regulators of apoptosis. science 1997，275(5302): 983-986.bcl-xl-bim bh3mcl-1bim bh3bcl-xl/badprotein scie

9、nce ,2000, 9:25282534125個疏水中心 (p1, p2, p3, p4和p5)4個氫鍵供體(d1, d2, d3和 d4)2個氫鍵受體(a1 and a2)bcl-2活性部位分布圖在受體d1、d2、d3、a1位點出現(xiàn)比較頻繁，與受體形成靜電作用能提高親和力與特異性d4，a2位點出現(xiàn)頻率較小，能量貢獻不大 bmc，2007， 15(19): 6407-6417small molecule inhibitorspeptidomimetic approach mimic the a-helix of the bh3 peptidesabt-737, abt-263 and the

10、ir analogspan-active inhibitor of bcl-2selective bcl-2 inhibitorsselective bcl-xl inhibitorselective mcl-1 inhibitors14bakpeptidomimetic approach mimic the a-helix of the bh3 peptides jacs,2005,127(29): 10191-10196jacs,2005,127(15): 5,463-546815j biol chem. 2011 ,18; 286(11): 93829392 organic letter

11、s,2007, 9(19): 3733-3736.bim bh3 a-helixj. med. chem. 2012, 55, 107351074116abt-737, abt-263 and their analogs17sar by nmr與與abt-737系列的發(fā)現(xiàn)系列的發(fā)現(xiàn)sar by nmr（由（由shuker小組開發(fā)）：小組開發(fā)）：通過通過nmr技術技術將將合理性藥合理性藥物設計物設計和和非合理性藥物設計非合理性藥物設計(組合化學組合化學)巧妙地結合起來，產(chǎn)生了一種極為有巧妙地結合起來，產(chǎn)生了一種極為有效的發(fā)現(xiàn)藥物靶分子高親和性配體的方法。效的發(fā)現(xiàn)藥物靶分子高親和性配體的方法。步驟

12、：步驟：1、篩選出一個和、篩選出一個和15n標記的靶蛋白結合的小分子標記的靶蛋白結合的小分子 2、對第一個小分子類似物進行篩選，、對第一個小分子類似物進行篩選， 通過結構與活性的關系進行優(yōu)化。通過結構與活性的關系進行優(yōu)化。3、用同樣的方法得到與第二個位點結合的第二個小分子，并對其篩選、優(yōu)化。并用多維nmr技術測定蛋白質和兩個配體的復合物的完整三維空間結構，得到兩個配體在靶蛋白上確切的結合位置及其空間取向。3.screen for second ligand2d 1h-15n hsqc譜中蛋白的h1或n15化學位移變化。18science. 1996 nov 29;274(5292):1531-

13、4.4.基于上述三維結構設計恰當?shù)倪B接橋將兩個片段連接起來，使得到的分子和靶蛋白結合時保持各自獨立時的結合位置及其空間取向，最終篩選得到一個高親和性的配體. 特點：首先篩選結合于生物靶分子亞活性位點的低親和性配體，然后通過優(yōu)化和組裝便得到所期望的高親和性配體。 優(yōu)點：nmr實驗方法來辨別小分子和靶蛋白的結合，能快速地從小分子化合物庫中發(fā)現(xiàn)結合于靶蛋白亞活性位點的低親和性配體。如fesik等篩選溶基質素(stromelysin)的抑制劑只用了半年時間。 限制：知道靶蛋白確切的nmr三維結構、提供足夠量的15n標記的靶蛋白(200mg) （25 kda） 、解析蛋白質三維結構的能力。link li

14、gands連接基團成功的關鍵是連接橋的長度及其性質（如剛性）science 274, 1531-1534 (1996)19abt-737系列的發(fā)現(xiàn)過程1.為bcl-xl篩選第一個配體。從平均分子量為200da的10 000個化合物片段庫中篩選出來1黑：hsqc of 15n-bcl-xl紅：hsqc of 15n-bcl-xl withbiaryl acid（ 1 ）1的羧基能與r139結合，相當與bcl-xlbak復合物中的d8320site1:tyr 101, leu 108, val 126 and phe 146212.篩選第二個配體從平均分子量為125da的3500個化合物中篩選出1

15、1黑: hsqc of 15n-bcl-xl.紅: hsqc of 15n-bcl-xl withbiaryl acid (1).綠: hsqc of 15n-bcl-xl withnapthol (11).22 連接方式25的活性比1提高了大概200倍，但溶解度不好1123j med chem 49, 656-663 (2006)聯(lián)苯替代bak-bh3的v74、leu78硝基苯替代ile85酰基磺胺上o與r139接近，替代bak的asp83并且兩個芳環(huán)與y194，f97重疊，形成疏水性的 stacking作用site 224a-38535831不幸的是，31在hsa存在情況下與bcl-xl結

16、合大大下降。它能與hsa的domain iii緊密結合。j. med. chem.2006,49,1165-118168倍的失活bcl-xl ki 1nmbcl-xl ki 10% hs:35nm25增加site1的極性abt-263-口服小分子抑制劑1，改變叔胺的pka，顯著增加口服吸收。 (pka 7.5）用弱堿性的嗎啉取代。2，芳硝基在體內能產(chǎn)生毒性代謝物。3，4-氯聯(lián)苯部分發(fā)生氧化代謝。abt-737abt-263 mw:974pka10j. med. chem.2008,51,69026915nature reviews drug discovery 2008，7(12): 989-

17、100026mw：813.43abt-737/abt-263類似物（以結構為基礎的藥物設計）喹唑啉類jacs. 2006,128, 16206-16212j. med. chem.2011, 54,19141926j. med. chem.2012, 55, 46644682j. med. chem.2012, 55, 61496161j. med. chem.2012, 55, 85028514j. med. chem.2013, 56, 304830674,5-二苯基吡唑類bcl-2/bcl-xl:ki1 nmaoptimizationbm-9572728總結1、abt-737/abt-2

18、63打破了lipinsks rule of five。 一方面是由于雅培公司研究人員用sar by nmr，平行合成，基于結構藥物，平行合成，基于結構藥物設計多種方式設計小分子抑制劑；另一方設計多種方式設計小分子抑制劑；另一方面，對小分子與受體結合模式的進行雙向面，對小分子與受體結合模式的進行雙向研究，相互理解。研究，相互理解。2、對研究者研究、對研究者研究bcl-2家族蛋白，及設計小家族蛋白，及設計小分子抑制劑有很好的指導作用：分子抑制劑有很好的指導作用：bcl-2/bcl-xl三維結構的理解、三維結構的理解、 sar by nmr、structure-based design，fbdd等。

19、等。29pan-active inhibitor of bcl-230obatoclax phase ii at-101phase ii/iii早期研發(fā)的抗凋亡蛋白小分子抑制劑基本上都是pan-bcl-2 antagonist包括三聯(lián)苯類， ha-14-1及其類似物，棉酚及其衍生物，bh3i及其衍生物等 bh3i-1s1dcbl55journal of medicinal chemistry,2010,53(9): 3465-3479nature reviews drug discovery ,2008,7(12): 989-100031 abt-199 selectively kills b

20、cl-2-dependent tumor cells while sparing platelets (a) navitoclax (abt-263) binds with high affinity to both bcl-2 and bcl-xl. because many tumors, particularly lymphoid malignancies, are addicted to bcl-2 for survival,.cancer cell , 2013,23(2),139 - 141abt-199：selective bcl-2 inhibitor32nature medicine,2013,19(2):202-8bcl-2 ki 0.010 nmbcl-xl ki = 48 nmbcl-w ki = 245 nm phase i/ii phase i33化合物1與bcl-2化合物2與bcl-2化合物1與bcl-2的晶體復合物中發(fā)現(xiàn)1與一個 bcl-2結合時，另外一個bcl-2的trp30的吲哚環(huán)會插入p4位點與asp103形成氫鍵。同時產(chǎn)生-stacking作用而asp103相當于bcl-xl的glu96。34其它yc13735wehi-539 :a selective bcl-xl inhibitornature chemical biol