Doc. RNDr. Antonína Holého, Dr.Sc., Dr.h.c.
Principy bioorganické chemie ve vývoji antivirotik a cytostatik Obsah
Kapitola 1 Úvod…………………………………………………………………………………….. 1. Co jsou antimetabolity ............................................................................................ 2. Co rozumíme „chemickou obměnou metabolitu“ ................................................... 3. beta-Laktamová antibiotika..................................................................................... 4. Modifikace složek nukleových kyselin. .................................................................. 5. Principy stavby virů, jejich taxonomie - významné lidské pathogeny.................... 6. Vakcíny. 7. Viry způsobující nejvážnější choroby a epidemie................................................... a) Chřipkové viry (influenzaviry) ................................................................... b) Rotaviry…................................................................................................... c) Varicella zoster virus................................................................................... d) Lidské cytomegaloviry (HCMV) ................................................................ e) Enteroviry f) Rhinoviry (rýmové viry).............................................................................. g) Virus lidské žloutenky typu A (“infekční žloutenky”) ............................... h) Virus lidské žloutenky typu B (HBV) ........................................................ i) Virus lidské žloutenky typu C (HCV) ......................................................... j) Virus varioly („pravých neštovic“).............................................................. k) Virus neštovic opic (monkeypoxvirus)....................................................... l) Viry vyvolávající hemoragické horečky (Lassa, Ebola, argentinská hemoragická horečka, bolivijská hemoragická horečka, krymská hemoragická horečka a další). ......................................................................... m) Hantaviry - virus Sin Nombre.................................................................... n) Retroviry HIV - původci onemocnění AIDS .............................................. 8. Životní cyklus virů .................................................................................................
9. Obecně o nádorech a leukémii ................................................................................ 10. Nemoci hemopoetického systému......................................................................... a) Chronické defekty kmenových buněk......................................................... b) Akutní (blastické) leukémie ........................................................................ c) Nádorová onemocnění hemopoetického systému ....................................... 11. Účinnost chemoterapie onemocnění hemopoetického systému a protinádorové chemoterapie ....................................................................................... 12. Protozoální infekce................................................................................................ 13. Prionová onemocnění............................................................................................ 14. Dědičné metabolické anomálie ............................................................................. KAPITOLA 2 ..................................................................................................................... Stručná chemie nukleosidů a nukleotidů ............................................................................ 1. Syntézy ribonukleosidů ........................................................................................... 2. Syntézy 2-deoxyribonukleosidů nukleosidací......................................................... 3. Syntézy beta-ribonukleosidů otevíráním 1,2-oxiranů ............................................. 4. Syntézy pyrimidinových ribonukleosidů výstavbou kruhu..................................... 5. Transformace cukerné složky nukleosidů ............................................................... a) v řadě pyrimidinové .................................................................................... b) Anhydronukleosidy v řadě purinové........................................................... c) Přímá transformace cukerné komponenty nukleosidů ................................ 6. Transformace na heterocyklické bázi nukleosidů. .................................................. a) Pyrimidinové nukleosidy. ........................................................................... b) Purinové nukleosidy.................................................................................... c) Hydroxy ~ oxo tautomerie v purinových derivátech .................................. d) Regiospecificita alkylací pyrimidinových a purinových bazí v nukleosidech a bazí samotných........................................................................... 7. Nukleotidy............................................................................................................... a) Úvod……………………………………………………………………… b) Syntézy 5’-nukleotidů................................................................................. c) Syntézy nukleosid 5’-difosfátů a 5’-trifosfátů. ...........................................
Kapitola 3. Inhibitory biosyntézy prekursorů bazí a anabolismu nukleosidů ....................................... 1. Inhibitory glyoxalasy I............................................................................................ 2. Inhibitory glycinamidribonukleotidtransformylasy ................................................ 3. Inhibitory dihydropyrimidindehydrogenasy (DHPD) ............................................. 4. Inhibitory dihydroorotátdekarboxylasy................................................................... 5. Inhibitory adenosinkinasy ....................................................................................... 6. Inhibitory thymidinkinasy ....................................................................................... 7. Inhibitory cytidintrifosfátsynthasy (CTP-synthasy)................................................ Kapitola 4. Inhibitory jednotlivých stupňů multiplikace virů ............................................................... 1. Látky ovlivňující adsorpci virionu na buněčnou membránu................................... 2. Látky interagující s povrchovými strukturami virionu ........................................... 3. Látky interferující se svléknutím (uncoating) virové nukleové kyseliny................ 4. Inhibitory syntézy virových nukleových kyselin .................................................... a) analogy substrátu......................................................................................... b) Acyklické nukleosidy.................................................................................. c) Analogy produktu........................................................................................ d) Chelatační činidla........................................................................................ e) Látky generující disulfidové můstky v proteinu polymerasy...................... f) Interkalátory................................................................................................. g) Látky interagující s proteinem polymerasy................................................. h) Inhibitory herpesvirové helikasy-primasy .................................................. i) Inhibitory RNA-dependentní RNA-polymerasy.......................................... j) Inhibitory NTPasy-helikasy HCV ............................................................... 5. Inhibitory reversní transkripce viru HIV................................................................. a) Nukleosidové inhibitory RT........................................................................ b) Nukleosidové inhibitory reversní transkriptasy viru hepatitidy B.............. c) Nukleotidové inhibitory RT ........................................................................ Acyklické nukleosidfosfonáty (ANP) ................................................
Profarmaka nukleotidů ........................................................................ d) Nenukleosidové inhibitory reverzní transkriptasy ...................................... 6.
Inhibitory HIV integrasy a transkripce virové RNA .....................................
7. Inhibitory virových proteas ..................................................................................... Současné možnosti terapie AIDS.................................................................... 8. Inhibice methylačních reakcí .................................................................................. 9. Inhibice glykosylačních reakcí................................................................................ Kapitola 5 Principy protinádorové a antileukemické chemoterapie .................................................... A. Děje související s buněčným dělením............................................................................ 1. Úvod 2. Inhibitory cyklin-dependentních proteinkinas ........................................................ 3. Ostatní proteinkinasy............................................................................................... B. Tubulin…....................................................................................................................... 1. Úvod…….. .............................................................................................................. 2. Druhy interakcí s tubulinem.................................................................................... 3. Antimitotické látky interagující s tubulinem........................................................... a) Látky rozvolňující strukturu mikrotubulů na vazebném místě kolchicinu . b) Látky rozvolňující strukturu mikrotubulů na vazebném místě vincristinu. c) Makrolidové inhibitory polymerisace tubulinu........................................... d) Látky stabilizující strukturu mikrotubulů ................................................... C. Mnohočetná léková resistence (multiple drug resistance, MDR).................................. Kapitola 6 Enzymy biosyntézy složek nukleových kyselin ................................................................. 1. Nukleosiddifosfátreduktasa (NDP-reduktasa)......................................................... 2. Dihydrofolátreduktasa ............................................................................................. a) Polyglutamovatelné inhibitory. ................................................................... (b) Nepolyglutamovatelné inhibitory typu A - “neklasické antifoláty” .......... c) Thymidylsanthasa ....................................................................................... 4. IMP-Dehydrogenasa................................................................................................
Kapitola 7 Enzymy katabolismu nukleových kyselin .......................................................................... 1. Cytidindeaminasa .................................................................................................... 2. Adenosinaminohydrolasa („adenosindeaminasa“).................................................. 3. Adenylátdeaminasa ................................................................................................. 4. Purinnukleosidfosforylasa....................................................................................... 5. Xanthinoxidasa/xanthindehydrogenasa................................................................... 6. Uridinfosforylasa a thymidinfosforylasa................................................................. Kapitola 8 Nukleosidová antibiotika.................................................................................................... Kapitola 9 Inhibitory prenylace proteinů ............................................................................................. Intermezzo 1 ………………………………………………………………………….. Kapitola 10 Alkylační léčiva.................................................................................................................. 1. Dusíkaté yperity ...................................................................................................... 2. Alkylsulfonáty......................................................................................................... 3. Aziridiny ................................................................................................................ 4. Nitrosomočoviny..................................................................................................... 5. Oxirany a jejich profarmaka.................................................................................... 6. Alkylující hydraziny a příbuzné látky..................................................................... 7. Protinádorové sloučeniny platiny a dalších kovů.................................................... Kapitola 11 Sekvenčně specifické interakce na helixu DNA................................................................. Kapitola 12
Cytostatika založená na selektivním účinku v hypoxických buňkách ............................... Kapitola 13 Inhibitory topoisomeras...................................................................................................... 1. Inhibitory DNA-gyrasy ........................................................................................... 2. Inhibitory topoisomerasy I ...................................................................................... 3. Inhibitory topoisomerasy II..................................................................................... a) Demethylepipodofylotoxiny ....................................................................... b) Antracykliny ............................................................................................... c) Elipticiny .................................................................................................... d) 9-Aminoakridiny a chinolinkarboxamidy................................................... e) Aktinomyciny.............................................................................................. f) Anthraceny a anthrapyrazoly....................................................................... g) Pyrido[1,2,3-de][1,4]-benzoxaziny............................................................. h) Pyridoakridiny............................................................................................. 4.
Inhibitory topoisomerasou II katalysované reakce........................................
5. Bis-interkalátory...................................................................................................... Kapitola 14 Látky napodobující poškození DNA UV-zářením ............................................................. Kapitola 15 Radiomimetika a opravné mechanismy.............................................................................. 1. Bleomyciny a peplomyciny..................................................................................... 2. Neokarcinostatin A a kedarcidin ............................................................................. 3. Leinamycin.............................................................................................................. 4. Streptonigriny a lavendamycin................................................................................ Kapitola 16 Angiogenese a její inhibitory.............................................................................................. 1. Úvod……. ...............................................................................................................
2. Inhibitory angiogenese. ........................................................................................... 3. Inhibitory thymidinfosforylasy ............................................................................... Kapitola 17 Telomerasa a její inhibitory................................................................................................ 1. Úvod 2. Inhibitory telomeras ................................................................................................ Kapitola 18 Imunomodulátory ............................................................................................................... 1. Úvod……. ............................................................................................................... 2. Imunosupresiva a imunostimulancia....................................................................... 3. Nukleosidové deriváty............................................................................................. 4. Vrozená imunita: Toll-like receptory (TLR)........................................................... Kapitola 19 Inhibitory proteosynthesy ................................................................................................... Kapitola 20 Inhibice nežádoucího účinku androgenů a estrogenů......................................................... 1. Inhibitory aromatasy ............................................................................................... 2. Inhibitory 5-alfa-reduktasy...................................................................................... Kapitola 21 Receptory, transdukce signálu............................................................................................ 1. Úvod……. ............................................................................................................... 2. Receptory pro adenosin a ATP (purinoceptory). .................................................... a) Obecně……................................................................................................. b) Agonisté adenosinových a purinových receptorů. ......................................
c) Antagonisté adenosinových receptorů. ....................................................... 3. Antagonisté CCR5 chemokinového receptoru........................................................ 4. Inhibitory AMP-deaminasy..................................................................................... 5. Existují také pyrimidinové receptory ? ................................................................... Kapitola 22 Adeninnukleotidtranslokasa ............................................................................................... Kapitola 23 Protisměrné (antisense) oligonukleotidy jako terapeutika.................................................. Kapitola 24 Inhibitory glykosylas .......................................................................................................... Intermezzo 2. ...................................................................................................................... Kapitola 25 Vývoj léku…… .................................................................................................................. 1.Úvod…….. ............................................................................................................... 2. Biologicko-farmakologická část vývoje.................................................................. 3. Výrobně-analytická část vývoje léčiva a vývoj lékové formy. ............................... 4. Minoritní léčiva. ...................................................................................................... Kapitola 26 Patenty a licence ................................................................................................................. Kapitola 27 Perspektivy a úkoly ............................................................................................................ Dodatek………………………………………………………………………………….. Něco z historie ....................................................................................................................
Seznam obrázků.................................................................................................................. Seznam schemat ................................................................................................................. Seznam tabulek...................................................................................................................
Příklady uvedených obrázků Obr. 1. Přibližné zastoupení skupin léčiv ve vývoji farmaceutického průmyslu USA........... Obr. 3 Odvození cytostatik metotrexátu a edatrexátu od kyseliny listové ........................... Obr. 4. Příbuznost struktury beta-laktamových antibiotik s peptidovou vazbou .................... Obr. 9. Strukturní principy nukleosidů................................................................................... Obr. 13. Aza a deazanalogy adeninu a guaninu. .................................................................... Obr. 15. Hlavní degradační reakce nukleosidů a nukleotidů .................................................. Obr. 17. Léky používané při terapii infekcí VZV ................................................................... Obr. 19. Potenciální léky proti picornaviroým infekcím ........................................................ Obr. 21. Schéma životního cyklu DNA viru........................................................................... Obr. 23. Inhibitory AICAR transformylasy ............................................................................ Obr. 26. Inhibitory adenosinkinasy ......................................................................................... Obr. 30. Povrchově aktivní látky působící na buněčnou membránu. ..................................... Obr. 32. Antivirotika interagující s povrchovými strukturami virionů. .................................. Obr. 39. Acyklické nukleosidy s účinkem proti herpesvirům................................................. Obr. 41. Inhibitory polymeras založené na generování disulfidu ........................................... Obr. 42. Interkalátory inhibující DNA-polymerasy ................................................................ Obr. 45. Specifické inhibitory DNA-pol alfa.......................................................................... Obr. 47. Nukleosidové inhibitory RNA-depend. RNA-polymerasy HCV ............................. Obr.49. Inhibitory NTPasy/helikasy HCV ..............................................................................
Obr. 51. Mechanismus účinku antiretrovirotik na syntézu DNA de novo .............................. Obr. 54. Nukleosidové analogy s anti-HBV aktivitou ............................................................ Obr. 57. Přehled modifikací na fosforu u nukleotidů.............................................................. Obr. 58. Principy biologické stálosti ANP .............................................................................. Obr. 59. Srovnání jednotlivých skupin ANP........................................................................... Obr. 73. Inhibitory CMV proteasy peptidového typu ............................................................. Obr. 74. Inhibitory CMV proteasy nepeptidového typu ......................................................... Obr. 76. Inhibitory HRV proteasy........................................................................................... Obr. 78. Symetrický inhibitor Asp proteasy HIV (Merck) ..................................................... Obr. 80. Inhibitory methylace s protivirovým účinkem.......................................................... Obr. 82. Jednotlivá stádia buněčného cyklu eukaryotických buněk. ...................................... Obr. 83 Inhibitory Cdk-kinas - staurosporiny ......................................................................... Obr. 85. Inhibitory Cdk-kinas - puriny ................................................................................... Obr. 87. Paullony a ostatní inhibitory Cdk-kinas.................................................................... Obr. 91. Schéma mechanizmu pohybu mikrotubulů a mechanického transportu................... Obr. 93. Látky interagující s tubulinem ve vazebném místě kolchicinu (I)............................ Obr.97. Makrolidové inhibitory polymerizace tubulinu a phomopsin.................................... Obr. 112. Nejdůležitější reakce probíhající se spoluúčastí folátů (thymidylátový cyklus).(DHF… dihydrofolát, THF… tetrahydrofolát) .............................................................................. Obr. 114. Polyglutamylovatelné antifoláty (I) ........................................................................ Obr. 115. Polyglutamylovatelné antifoláty (II)....................................................................... Obr. 144. Nukleosidová antibiotika. Deriváty adeninu........................................................... Obr. 150. Spicamyciny a septacidiny...................................................................................... Obr. 151. Princip farnesylace proteinů.................................................................................... Obr. 152. Inhibitory farnesyl-proteintransferasy..................................................................... Obr. 157. Alkylační léčiva - nitrosomočoviny........................................................................ Obr. 160. Platinová cytostatika ............................................................................................... Obr. 163. Pyrrolo[1,4]-benzodiazepiny interagující s malým žlábkem .................................. Obr. 165. Látky alkylující na malém žlábku........................................................................... Obr. 189. UV-světlem stimulované oxidační reakce na nukleobazích ................................... Obr. 199. Inhibitory metaloproteinas - hydroxamové pseudopeptidy ....................................
Obr. 215. Palau’amin .............................................................................................................. Obr. 228. Antiandrogenní látky............................................................................................... Obr. 240. Inhibitory AMP-deaminasy..................................................................................... Obr. 242. Typy protisměrných analogů oligonukleotidů ....................................................... Obr. 251. Inhibitory glykosylas - pyrrolicidiny ...................................................................... Obr. 256. Nagstatin, kifunensin a episiastatiny...................................................................... Obr.257. Léky schválené FDA v letech 1993 - 1999..............................................................
Vybraná schémata Schéma 1. Syntéza sialylfosfolipidu kompetujícího s receptory rotavirů .......................... Schéma 11. Hilbertova-Johnsonova metoda syntézy pyrimidinových nukleosidů. ........... Schéma 12. Silylová varianta Hilbertovy-Johnsonovy syntézy nukleosidů....................... Schéma 17. Syntéza antivirotika adeninarabinosidu (vidarabinu, araA) 2’-amino-Darabinofuro-1,2-oxazolinu. ........................................................................... Schéma 18. Syntézy pyrimidinových anhydronukleosidů ................................................. Schéma 19. Hydrolýza anhydronukleosidů uracilu............................................................ Schéma 23. Anhydronukleosidy v purinové řadě............................................................... Schéma 29. Oxidace ribonukleosidů .................................................................................. Schéma 35. Konverze purinových nukleosidů ................................................................... Schéma 36. Aminolýza derivátů 2,6-dichlorpurinu ........................................................... Schéma 46. Příprava isomerně čistých 2’ a 3’-ribonukleotidů........................................... Schéma 47. Syntéza nukleosid-5’-difosfátů a nukleosid-5’-trifosfátů ............................... Schéma 48. Mechanismus transformace methylglyoxalu na D-laktát ............................... Schéma 49. Postavení glycinamidribonukleotidtransformylasy a AICAR transformylasy v biosyntéze purinových nukleotidů ................................................................ Schéma 59. Vznik chirálního centra při fosforylaci gancicloviru ...................................... Schéma 83. Úloha IMP v biosyntéze purinových nukleosidů a nukleotidů....................... Schéma 84. Mechanismus konverze IMP na XMP ............................................................ Schéma 99. Metabolické přeměny AMP........................................................................... Schéma 100. Vývoj nového léku........................................................................................
Příklady uvedených tabulek Tabulka 1. DNA viry .......................................................................................................... Tabulka 2. RNA viry .......................................................................................................... Tabulka 3. Viry nesoucí nebo využívající reversní transkriptasu ...................................... Tabulka 4. Klasifikace lidských herpesvirů ....................................................................... Tabulka 6. Dostupnost terapie chorob vyvolaných DNA viry ........................................... Tabulka 14. Důležité pojmy ............................................................................................... Tabulka 15. Citlivost nádorů vůči chemoterapii ................................................................ Tabulka 16. Nejužívanější cytostatika ze skupiny analogů nukleových kyselin................ Tabulka 22. Místa výskytu A-receptorů ............................................................................ Tabulka 27. Hlavní cíle současného vývoje antivirotik ..................................................... Tabulka 28. Vývoj chemoterapie nádorových onemocnění ............................................... Tabulka 29. Vývoj chemoterapie virových onemocnění
