以bcl2蛋白家族為靶點(diǎn)的抗腫瘤藥物設(shè)計(jì)課件

以BCL-2蛋白家族為靶點(diǎn)的抗腫瘤藥物設(shè)計(jì)Bcl-2FamilyProteinsasTherapeuticTargetsforanticancerdrugdesignDate:2013-05-231OutlineBackgroundHallmarksofCancerTheBcl-2ProteinFamilyModelofBH3mimetic-inducedapoptosisStructurebasisfordesigningligandsSmallmoleculeinhibitorsPeptidomimeticapproach—mimicthea-helixoftheBH3peptidesABT-737,ABT-263andtheiranalogspan-activeinhibitorofBcl-2SelectiveBcl-2inhibitorsselectiveBCL-xLinhibitorSelectiveMcl-1inhibitors2,Cell,144(5):646-674HallmarksofCancer3TheBcl-2ProteinFamilyTheBcl-2FamilyProteinswithanti-orpro-apoptoticfunction

Characteristics:(Often)aC-terminaltransmembranedomain.Bcl-2homology(BH)domains.Bcl-2proteinsformhomo-andheterodimersviatheirBH-domainsBH1,BH2: PredictedtoformionchannelsBH3: The”suicidedomain”–regulatescelldeathBH4: Thoughttoconferanti-apoptoticactivity.(Chan&Yu.(2004).Clin.Exp.Pharmacol.Physiol.31:119).Chipuk,J.E，MolecularCell，2010，37(3):299-3105ElevatedofBcl-2orBcl-xLexpressionSeminarsinOncology,2004,30(Supplement16):133-142.6ModelofBH3mimetic-inducedapoptosis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(jié)合，從而抑制后者，促進(jìn)細(xì)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(diào)亡蛋白如BCL-2/BCL-xL結(jié)合，游離出來(lái)的BH3-only蛋白，激活BAK/BAX。NatureReviewsDrugDiscovery2008，7(12):989-1000ClinicalCancerResearch2009，15(4):1126-1132.Oncogene，2009，27(S1):S149-S157.7ThemolecularbasisforheterodimerformationHeterodimerizationbetweenmembersoftheBcl-2familyofproteinsisakeyeventintheregulationofapoptosispro-apoptoticprotein(Bak)adoptsanamphipathica-helix(BH3domain)thatinteractswithanti-apoptoticproteins(Bcl-xl)throughhydrophobicandelectrostaticinteractionsinthehydrophobiccleft.9抗凋亡蛋白(BCL-2)是通過(guò)其表面疏水凹槽與促凋亡類(lèi)(BIM)的BH3區(qū)域結(jié)合發(fā)生相互作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞正常的生理凋亡。BCL-2familyantagonistsforcancertherapy.NatureReviewsDrugDiscovery2008，7(12):989-1000OverlayofBCL-XL–ABT-737complexwithBCL-xlL–BIMBH3complexBcl-2andBIMBH310Bcl-xLandBak-BH3SurfacerepresentationofthebindingpocketofBcl-xLboundtotheBakpeptide11."StructureofBcl-xL-BakPeptideComplex:RecognitionBetweenRegulatorsofApoptosis."Science1997，275(5302):983-986.5個(gè)疏水中心

(P1,P2,P3,P4和P5)4個(gè)氫鍵供體(D1,D2,D3和D4)2個(gè)氫鍵受體(A1andA2)Bcl-2活性部位分布圖在受體D1、D2、D3、A1位點(diǎn)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(diǎn)出現(xiàn)頻率較小，能量貢獻(xiàn)不大BMC，2007，15(19):6407-6417SmallmoleculeinhibitorsPeptidomimeticapproach—mimicthea-helixoftheBH3peptidesABT-737,ABT-263andtheiranalogspan-activeinhibitorofBcl-2SelectiveBcl-2inhibitorsselectiveBCL-xLinhibitorSelectiveMcl-1inhibitors14BakPeptidomimeticapproach—mimicthea-helixoftheBH3peptides

JACS,2005,127(29):10191-10196JACS,2005,127(15):5,463-546815ABT-737,ABT-263andtheiranalogs17SARbyNMR與ABT-737系列的發(fā)現(xiàn)SARbyNMR（由Shuker小組開(kāi)發(fā)）：通過(guò)NMR技術(shù)將合理性藥物設(shè)計(jì)和非合理性藥物設(shè)計(jì)(組合化學(xué))巧妙地結(jié)合起來(lái)，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。步驟：1、篩選出一個(gè)和15N標(biāo)記的靶蛋白結(jié)合的小分子

2、對(duì)第一個(gè)小分子類(lèi)似物進(jìn)行篩選，通過(guò)結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化。3、用同樣的方法得到與第二個(gè)位點(diǎn)結(jié)合的第二個(gè)小分子，并對(duì)其篩選、優(yōu)化。并用多維NMR技術(shù)測(cè)定蛋白質(zhì)和兩個(gè)配體的復(fù)合物的完整三維空間結(jié)構(gòu)，得到兩個(gè)配體在靶蛋白上確切的結(jié)合位置及其空間取向。3.Screenforsecondligand2D1H-15NHSQC譜中蛋白的H1或N15化學(xué)位移變化。18Science.1996Nov29;274(5292):1531-4.4.基于上述三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)倪B接橋?qū)蓚€(gè)片段連接起來(lái)，使得到的分子和靶蛋白結(jié)合時(shí)保持各自獨(dú)立時(shí)的結(jié)合位置及其空間取向，最終篩選得到一個(gè)高親和性的配體.

特點(diǎn)：首先篩選結(jié)合于生物靶分子亞活性位點(diǎn)的低親和性配體，然后通過(guò)優(yōu)化和組裝便得到所期望的高親和性配體。優(yōu)點(diǎn)：NMR實(shí)驗(yàn)方法來(lái)辨別小分子和靶蛋白的結(jié)合，能快速地從小分子化合物庫(kù)中發(fā)現(xiàn)結(jié)合于靶蛋白亞活性位點(diǎn)的低親和性配體。如Fesik等篩選溶基質(zhì)素(stromelysin)的抑制劑只用了半年時(shí)間。限制：知道靶蛋白確切的NMR三維結(jié)構(gòu)、提供足夠量的15N標(biāo)記的靶蛋白(>200mg)（<25kDa）

、解析蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的能力。Linkligands連接基團(tuán)成功的關(guān)鍵是連接橋的長(zhǎng)度及其性質(zhì)（如剛性）Science274,1531-1534(1996)19Site1:Tyr101,Leu108,Val126andPhe146212.篩選第二個(gè)配體從平均分子量為125Da的3500個(gè)化合物中篩選出11黑:HSQCof15N-Bcl-xL.紅:HSQCof15N-Bcl-xLwithbiarylacid(1).綠:HSQCof15N-Bcl-xLwithnapthol(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1123A-38535831不幸的是，31在HSA存在情況下與Bcl-Xl結(jié)合大大下降。它能與HSA的domainIII緊密結(jié)合。J.Med.Chem.2006,49,1165-118168倍的失活Bcl-xLKi<1nMBcl-xLKi10%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(nèi)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-263MW:974Pka10J.Med.Chem.2008,51,6902–6915NatureReviewsDrugDiscovery2008，7(12):989-100026MW：813.43總結(jié)1、ABT-737/ABT-263打破了lipinsk’sruleoffive。一方面是由于雅培公司研究人員用SARbyNMR，平行合成，基于結(jié)構(gòu)藥物設(shè)計(jì)多種方式設(shè)計(jì)小分子抑制劑；另一方面，對(duì)小分子與受體結(jié)合模式的進(jìn)行雙向研究，相互理解。2、對(duì)研究者研究Bcl-2家族蛋白，及設(shè)計(jì)小分子抑制劑有很好的指導(dǎo)作用：BCl-2/BCl-Xl三維結(jié)構(gòu)的理解、SARbyNMR、Structure-BasedDesign，F(xiàn)BDD等。29pan-activeinhibitorofBcl-230ObatoclaxPhaseIIAT-101PhaseII/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-2antagonist包括三聯(lián)苯類(lèi)，HA-14-1及其類(lèi)似物，棉酚及其衍生物，BH3I及其衍生物等

BH3I-1S1DCBL55JournalofMedicinalChemistry,2010,53(9):3465-3479NatureReviewsDrugDiscovery,2008,7(12):989-100031ABT-199SelectivelyKillsBCL-2-DependentTumorCellsWhileSparingPlatelets(A)Navitoclax(ABT-263)bindswithhighaffinitytobothBCL-2andBCL-XL.Becausemanytumors,particularlylymphoidmalignancies,areaddictedtoBCL-2forsurvival,...CancerCell,2013,23(2),139-141ABT-199：SelectiveBcl-2inhibitor32Naturemedicine,2013,19(2):202-8BCL-2Ki<0.010nMBCL-XLKi=48nMBCL-WKi=245nMPhaseI/IIPhaseI33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(fù)合物中發(fā)現(xiàn)1與一個(gè)Bcl-2結(jié)合時(shí)，另外一個(gè)Bcl-2的Trp30的吲哚環(huán)會(huì)插入P4位點(diǎn)與Asp103形成氫鍵。同時(shí)產(chǎn)生π-stacking作用而Asp103相當(dāng)于Bcl-xl的GLu96。34其它YC13735WEHI-539:aselectiveBCL-XLinhibitorNatureChemicalBiology9,390–397(2013)benzothiazole-hydrazonescaffoldP2P4苯并噻唑腙深入P2位點(diǎn)里面，并與Ser106,Leu108形成氫鍵作用羧基與Arg139結(jié)合，形成氫鍵作用芐胺在P4位點(diǎn)，并且緊密貼合。氨基與GLu96有靜電作用WEHI-539替代Phe105,使得P2疏水口袋更深（