SEMMELWEIS EGYETEM DOKTORI ISKOLA
MAKROMOLEKULÁRIS GYÓGYSZERHORDOZÓ, KONJUGÁTUMAI ÉS MULTIDROG REZISZTENCIA ELLENES PEPTIDEK VIZSGÁLATA NAGY HATÉKONYSÁGÚ ELVÁLASZTÁSTECHNIKAI MÓDSZEREKKEL PHD. ÉRTEKEZÉS TÉZISEI
GYŐRFFY ERIKA
Témavezető: Prof. Dr. Kéri György Programvezető: Prof. Dr. Mandl József Tudományági Doktori Iskola: Molekuláris Orvostudományok Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Pathobiokémiai Intézet
BUDAPEST 2002.
I. Bevezetés Kutatómunkám egy makromolekuláris gyógyszerhordozó és daganatterápiás célra előállított tirozin kináz gátló hatóanyagokat tartalmazó konjugátumai, illetve multidrog rezisztencia ellen tervezett hidrofób peptidek nagy hatékonyságú elválasztástechnikai módszerekkel történő analízisére irányult. Gyógyszerjelölt molekulák esetében nagyon fontos a nagy hatékonyságú, gyors, szelektív és kis anyagigényű analitikai módszerek kidolgozása. Különösen
hasznosak
lehetnek
azok
az
elválasztástechnikai
módszerek,
amelyek
alkalmazásával olyan adatok birtokába is juthatunk, amelyek segítségével egyben a vizsgált komponens tulajdonságait is jellemezhetjük, pl. hidrofil/hidrofób jellegét, szerkezet-hatás összefüggését, saverősségét. A minél teljesebb értékű jellemzés érdekében indokolt, hogy a molekulákat több szempontból, több analitikai módszerrel is megvizsgáljuk. A gyógyszerkutatás egyik modern tendenciája a polimer gyógyszerhordozók felhasználása a különböző kismolekulájú hatóanyagok szervezetbe való bejuttatására. Makromolekulákhoz való konjugálásuk által megnő a hatóanyagok felezési ideje, kémiai stabilitásuk, javul a bioelérhetőségük, szelektivitásuk, csökkenhet a citotoxicitásuk és enyhébb immunválaszt eredményezhetnek, tehát az esetleges mellékhatások visszaszorulhatnak. Gyógyszeranalitikai szempontból a polimerek és konjugátumaiknak vizsgálata kihívásnak bizonyul, mivel szemben a hagyományos hatóanyagokkal, a polimer-hatóanyagok polidiszperz jellegűek, vizsgálatukhoz tehát nagy hatékonyságú, nagy érzékenységű elválasztástechnikai módszerek kidolgozása szükséges. A daganat ellenes terápia egyik perspektíváját a tirozin kináz inhibitorok kifejlesztése jelenti, mivel a tirozin kináz molekulák számos olyan folyamatban játszanak szerepet, amelyek összefüggésben állnak a daganatok kifejlődésével, mint pl. a sejtosztódás szabályozása, apoptózis, angiogenezis, stb. Munkacsoportunk a poli-(Nvinilpirrolidon-co-maleinsav) polimert alkalmazta gyógyszerhordozóként és ehhez két tirozin kináz gátló molekulát konjugált. Ez azt a feladatot állította elénk, hogy a makromolekuláris
gyógyszerhordozó
és
konjugátumai
jellemzésére
alkalmas
elválasztástechnikai módszereket dolgozzunk ki. Daganatos betegek citosztatikus terápiája során gyakran előforduló jelenség a multidrog rezisztencia, amely nagymértékben meggátolhatja a kezelés eredményességét. A multidrog rezisztenciáért felelős membrántranszporter család egyik fontos tagja az MDR1 fehérje, melynek inhibitorai általában erősen toxikus mellékhatásokkal is rendelkeznek. Ezzel szemben a nagyon hidrofób, L-aminosavakból álló, a C és N végeken nagy térigényű, aromás
1
vagy alkil vegyületekkel védett di- és tripeptid származékok (reverzinek) alacsony toxicitású, a szervezetben könnyen bomló MDR1 fehérje modulátorok és néhányuk szubsztrátja is a transzportfehérjének. Munkacsoportunk ilyen kisméretű hidrofób peptideket (reverzineket) állított elő az MDR1 fehérje ATP-áz aktivitásának gátlására. Ennek kapcsán olyan elválasztástechnikai módszereket kellett kidolgozni, amelyek lehetővé teszik a rendkívül hidrofób
molekulák
analízisét,
hidrofóbicitásuk
jellemzését
és
rávilágítanak
a
hidrofóbicitásuk és biológiai hatékonyságuk közti esetleges összefüggésre. A modern gyógyszerkutatásban egyre erősebben hidrofób molekulák kerülnek előtérbe, amelyeknek hidrofóbicitása meghatározó jellegű lehet a biológiai hatékonyságukban, molekuláris hatásmechanizmusukban. Ezzel együtt jelentkezik az az igény is, hogy olyan elválasztástechnikai módszereket dolgozzunk ki, amelyek alkalmasak az erősen apoláros molekulák
elválasztására
és
hidrofóbicitásuk
jellemzésére.
A
fordított
fázisú
folyadékkromatográfiát és a micelláris elektrokinetikus kromatográfiát hagyományszerűen használják gyógyszerjelölt molekulák hidrofóbicitásának meghatározására a szerkezet-hatás összefüggések tanulmányozásakor. A hidrofóbicitás mértékének a számszerűsítésére a migrációs idők, illetve az elúciós idők alapján számolt retenciós faktorokat használják. 1984-ben Terabe és munkatársai bevezették a k’ retenciós faktort a micelláris elektrokinetikus kromatográfiába. Egy 1996-os közleményben kutatócsoportunk bevezette a k” módosított retenciós faktort a micelláris elektrokinetikus kromatográfiába, amely a k’ retenciós faktorhoz viszonyítva véges tartományban mozgó, lineáris jellegű függvény. Kutatási munkám során két homológ sor szakirodalomból vett mérési adatai és az általam vizsgált hidrofób peptidek mérési adatai alapján tanulmányoztam a k” módosított retenciós faktor
tulajdonságait
és
alkalmazhatóságát
a
molekulák
hidrofóbicitásának
a
számszerűsítésére. A kutatási munkámban alkalmazott nagy hatékonyságú elválasztási módszerek más-más szempontból teszik lehetővé a polimer gyógyszerhordozó, a hordozó konjugátumai és a hidrofób peptidek vizsgálatát és jellemzését. A szabad zónás kapilláris elektroforézis elsősorban
fajlagos
töltésbeli
különbségek
alapján
tud
szeparálni;
a
micelláris
elektrokinetikus kromatográfia és a fordított fázisú folyadékkromatográfia a mintakomponensek hidrofóbicitásbeli különbségeit észlelik; a gélkromatográfia pedig a látszólagos mólsúly alapján választ el.
2
II. Célkitűzéseim Kutatási programom célkitűzései a következők voltak: 1. Egy
gyógyszerhordozó
polimer,
a
poli-(N-vinilpirrolidon-co-maleinsav)
és
konjugátumainak vizsgálatára alkalmas szabad zónás kapilláris elektroforézis, micelláris
elektrokinetikus
kromatográfiás
és
gélkromatográfiás
módszerek
kidolgozása. A polimer molekulák jellemzése a három elválasztástechnikai módszerrel kapott eredmények összevetése alapján. 2. Multidrog
rezisztencia
elektrokinetikus módszerek
ellenes
kromatográfiás
kidolgozása.
A
peptidek és
vizsgálatára
fordított
peptidek
fázisú
alkalmas
micelláris
folyadékkromatográfiás
hidrofóbicitásának
meghatározása
mindkét
elválasztástechnikai módszerrel és a biológiai hatékonyságukkal való összehasonlítás. 3. A munkacsoportunk által bevezetett k” módosított retenciós faktor jellemzése céljából két homológ sor szakirodalmi micelláris elektrokinetikus kromatográfiás mérési adatai alapján és az általam vizsgált hidrofób peptidek saját mérési adatai alapján a k’ és k” retenciós faktorok tulajdonságainak, a két függvény alakjának a vizsgálata és a k” módosított retenciós faktor a mintakomponensek hidrofóbicitásának számszerűsítésére való alkalmazhatóságának a megállapítása.
III. Kísérleti rendszer III.1. Vizsgált anyagok III.1.1. Poli-(N-vinilpirrolidon-co-maleinsav) A gyógyszerhordozó polimert N-vinilpirrolidon és maleinsavanhidrid heterogén fázisú kopolimerizálásával állítottuk elő. A monomerektől és oligomerektől megtisztított kopolimer, elemanalízise alapján, 1:1 összetételű volt, átlagos molekulasúlya 10000, polimerizációfoka DPn = 45. III.1.2. A tirozin kináz hatóanyagokat tartalmazó konjugátumok A poli-(N-vinilpirrolidon-co-maleinsav) makromolekuláris hordozóhoz (P) a következő két tirozin kináz gátló molekulát kapcsoltuk savamid kötésekkel: TK1: 2-ciano-3-hidroxi-5-amino-2-pentenil (4’-trifluorometil anilid) TK2: (6’, 7’-dimetil-1’-quinoxalinil) 4-(2’-amino) acetanilid 3
A nem konjugálódott tirozin kináz gátló molekulák eltávolítása céljából a konjugátumokat 10000-es mólsúlyú kizárásos határértékkel rendelkező Amicon YM 02-es membránon szűrtük át. A szubsztitúció foka (UV spektrofotometriával) 12,3 ± 0,2 % volt a P-TK1, illetve 13,8 ± 0,2 % volt a P-TK2 esetében. A keletkezett termék minősítése elemanalízissel, tömegspektrometriával, NMR, valamint infravörös-és UV spektroszkópiával történt. III.1.3. Multidrog rezisztencia ellenes peptidek Az alábbiakban felsorolt 1-8-as számú di-, tri- és tetrapeptidek a munkacsoportunk által szintetizált hidrofób, multidrog rezisztencia ellenes hatásra tesztelt potenciális reverzin molekulák.
A
peptideket
hagyományos vizes fázisú módszerrel szintetizáltuk, a
peptidszintézist követően a szabad karboxil- és amino- végződéseket védő csoportokat nem választottuk le. 1. [BOC-Pro-Glu(OH)]2-Lys-OMe 2. (Z-Pro)2-Lys-OMe 3. [BOC-Pro-Pro-Glu(OBzl)]2-Lys-OMe 4. [BOC-Asp(OBzl)]-Lys(Z)-OtBu 5. [BOC-Pro-Glu(OBzl)]2-Lys-OMe 6. [BOC-Glu(OBzl)]2-Lys-OMe 7. [BOC-Asp(OBzl)-Glu(OBzl)]2-Lys-OMe 8. FMOC-Glu[Lys(Z)OtBu]2 A védőcsoportok rövidítései: BOC: t-butiloxikarbonil; tBu: t-butil; Z: benziloxikarbonil; FMOC: 9-fluorenilmetiloxikarbonil; Bzl: benzil; Me: metil. III.2. Eszközök III.2.1. Kapilláris elektroforézis készülék A szabad zónás kapilláris elektroforézis és a micelláris elektrokinetikus kromatográfiás vizsgálatok alkalmával az ISCO Model 3850 Capillary Electropherograph (Lincoln, NE, USA) készüléket használtam. Az elválasztásokat nem módosított belső felületű, 50 µm belső átmérőjű és 375 µm külső átmérőjű öntött kvarc kapillárisban (Polymicro Technologies, Phoenix, AZ, USA) végeztem, amelynek teljes hossza 60 cm, a detektorablakig pedig 40 cm. Méréseim során mindkét, pozitív (anód az injektor felől), illetve negatív (katód az injektor felől) polaritást alkalmaztam, a feszültséget 5-30 kV-os tartományban változtattam. A
4
detektálást UV tartományban, több hullámhosszon végeztem. Az adatgyűjtést és feldolgozást az ISCO ChemResearch vezérlő, adatgyűjtő és adatfeldolgozó rendszerével végeztem. III.2.2. Folyadékkromatográf A gélkromatográfiás és a fordított fázisú nagy nyomású kromatográfiás analíziseket Varian HPLC berendezéssel (Varian , Zug, Svájc) végeztem, amelynek alkotórészei a Varian 9012 pumparendszer, Varian 9065 diódasoros detektor, Rheodyne 7125 injektor. A gélszűrést Biosil TSK 125 300 mm ´ 7,5 mm oszlopon végeztem, 50 mm ´ 7,5 mm előoszloppal (BioRad, Pharmacia, Uppsala, Svédország). A fordított fázisú nagy hatékonyságú kromatográfiához Varian SP 5 ODS (150 mm ´ 4 mm) oszlopot használtam. III.2.3. pH mérő A poli-(N-vinilpirrolidon-co-maleinsav) potenciometrikus titrálását Radelkis OP-208 digitális pH mérővel (Radelkis, Budapest) és Radelkis OP-8083 típusú kombinált üvegelektród alkalmazásával végeztem. III.3. Az alkalmazott vizsgálati módszerek leírása III.3.1. A poli-(N-vinilpirrolidon-co-maleinsav) és konjugátumai vizsgálata III.3.1.1. Szabad zónás kapilláris elektroforézis és micelláris elektrokinetikus kromatográfiás vizsgálatok A mintákból 2 mg/ml koncentrációjú vizes oldatokat készítettem az analízisekhez, majd 0,45 µm-es szűrőn szűrtem át. Az analízishez 20 µl térfogatot injektáltam (osztásarány 1/1000). A detektálást spektrofotométerrel, 205 nm-en végeztem, 0,01-es érzékenységgel. A feszültséget pozitív és negatív polaritással 5-30 kV tartományban változtattam a módszerek optimalizálása során. A szabad zónás kapilláris elektroforézis módszer kidolgozása folyamán az elválasztási körülmények optimalizálása és a polimer molekulák különböző pH-n való viselkedésének jellemzése céljából az analízisekhez rendre a következő, gyakorlatilag a teljes pH skálát átfedő háttér elektrolitokat használtam: A1: TEAP puffer, pH =2,25; B1: TEAP puffer, pH =4,7; C1: TEAP puffer, pH =6,0; D1: nátriumborát puffer, pH = 7,7; E1: nátriumborát puffer, pH = 11,0. Míg alacsony pH-n az elektroozmótikus áramlás teljes mértékben visszaszorult, a pH emelése következtében egyre növekedett, tehát a felsorolt háttér elektrolitok használata
5
révén az elválasztásokat elvégeztem az elektroozmótikus áramlás hiányában és jelenlétében is. Micelláris rendszerben a felsorolt pufferekhez 25-150 mM tartományban adagoltam a nátrium dodecilszulfátot (NaDS) az optimális tenzidkoncentráció meghatározásának céljából. Az elválasztás hatékonyságának szempontjából a 75 mM-os NaDS koncentráció bizonyult a legmegfelelőbbnek.
Ennek
megfelelően
micelláris
elektrokinetikus
kromatográfiás
rendszerben az analíziseket a következő háttér elektrolitokkal végeztem: A2: TEAP puffer, pH=2,25 75 mM NaDS; B2: TEAP puffer, pH=4,7 75 mM NaDS; C2: TEAP puffer, pH =6,0 75 mM NaDS; D2: nátriumborát puffer, pH= 7,7 75 mM NaDS; E2: nátriumborát puffer, pH= 11,0 75 mM NaDS. III.3.1.2. Gélkromatográfiás vizsgálatok A mintákból 1mg/ml koncentrációjú vizes oldatokat készítettem, majd 0,45 µm-es szűrőn szűrtem át. Az előkészített mintákból minden alkalommal 20 µl-t injektáltam. Az analíziseket izokratikus körülmények között készítettem, az átfolyási sebesség optimalizálását követően egységesen 1 ml / perc átfolyási sebességgel. Az analíziseket több pH értéken is elvégeztem, a következő eluensek felhasználásával, egyrészt az elválasztási paraméterek optimalizálásának céljából, másrészt a makromolekulák különböző pH-n való viselkedésének jellemzése céljából: A1: TEAP, pH =2,25; B1: TEAP, pH = 4,7; C1: TEAP, pH = 6,0. A detektálást diódasoros spektrofotométerrel végeztem. III.3.1.3. A potenciometrikus titrálási görbe felvétele Az elektródot Radelkis K-21 (pH = 2,16) és Radelkis K-91 (pH = 9,1) standard oldatokkal kalibráltam. Mérőoldatként 0,2 N NaOH oldatot alkalmaztam, a titrált poli-(N-vinilpirrolidonco-maleinsav) koncentrációja 1,074 mM volt. III.3.2. Multidrog rezisztencia ellenes peptidekkel végzett vizsgálatok III.3.2.1. Micelláris elektrokinetikus kromatográfiás vizsgálatok A mintákból 1 mg/ml koncentrációjú acetonitril / víz (50:50 (v/v)%) oldatokat készítettem az analízisekhez, majd 0,45 µm-es szűrőn szűrtem át. Az analízishez 10 µl térfogatot injektáltam (osztásarány 1/1000). A detektálást spektrofotométerrel, 205 nm-en végeztem, 0,02-es érzékenységgel. Az elválasztási paraméterek optimalizálása során a minták analízisét rendre a teljes pH skálát átfogó háttér elektrolitokkal végeztem, amelyekhez 25-150 mM tartományban adagoltam a NaDS-t, a feszültséget pedig 5-30 kV-os tartományban alkalmaztam. Mivel a 6
pufferek 75 mM-os NaDS tartalma bizonyult optimálisnak, az analíziseket a következő háttér elektrolitok felhasználásával végeztem el: A2: TEAP puffer, pH=2,25 75 mM NaDS; B2: TEAP puffer, pH=4,7 75 mM NaDS; C2: TEAP puffer, pH =6,0 75 mM NaDS; D2: nátriumborát puffer, pH=7,7 75 mM NaDS; E2: nátriumborát puffer, pH=11,0 75 mM NaDS. Micelláris elektrokinetikus kromatográfiában a mintakomponensek k', k” és k’ion retenciós faktorait az [1], [2], valamint a [3] képletek szerint számoltam: k’ = (tm – t0) / t0 · (1 – tm / tmc )
[1];
k” = (tm – t0) / (tmc – t0)
k'ion = (tm – tion) / tion · (1 – tm / tmc)
[2];
[3].
k’ = a Terabe által bevezetett retenciós faktor; tm = mintakomponens migrációs ideje; t0 = az elektroozmótikus áramlással mozgó semleges komponensek migrációs ideje; tmc = micellák migrációs ideje; k” = a munkacsoportunk által bevezetett módosított retenciós faktor; k’ion = ion retenciós faktora; tion = az ion migrációs ideje ugyanabban a pufferben, de micellaképző hiányában. A t0 értékét 1 µl aceton injektálásával, a tmc értékét pedig 10 µl Sudan III (1mg/ml acetonitrilben) injektálásával határoztam meg. III.3.2.1. Fordított fázisú nagy nyomású folyadékkromatográfiás vizsgálatok A mintákat 1mg/ml eluens koncentrációban oldottam, majd 0,45 µm-es szűrőn szűrtem át, a detektáláshoz
diódasoros
detektort
használtam.
Az
optimális
eluens
összetétel
meghatározásának céljából a módszerkidolgozás során az analíziseket A1: 0,25 N TEAP puffer (pH 2,25) és acetonitril grádiensekkel, 0,5-2ml/perc átfolyási sebességekkel végeztem. Az optimalizálást követően az analíziseket 0,7 ml/perc átfolyási sebességgel, izokratikus körülmények között készítettem a következő összetételű eluenssel: 36% A1 (TEAP puffer, pH 2,25) : 64% ACN (v/v). III.3.2.3. Multidrog rezisztencia ellenes aktivitás meghatározása Az általam vizsgált peptidek multidrog rezisztencia ellenes hatását együttműködésünk keretén belül Dr. Sarkadi Balázs munkacsoportja határozta meg az Országos Hematológiai és Immunológiai Intézetben, Sf9 rovar sejtvonal izolált sejtmembrán preparátumokon. A sejtmembránokban humán MDR1 fehérjéket expresszáltattak és ATP-áz aktivitását mérték a hidrofób peptidek jelenlétében, illetve hiányában. III.3.3. A k” módosított retenciós faktor jellemzése
7
III.3.3.1. Az alkil-benzol és alkil-fenon homológ sorok k’ és k” retenciós faktorainak kiszámolása A két homológ sor micelláris elektrokinetikus kromatográfiás analízisek mérési adatait a szakirodalomból vettük át és ezeknek alapján, az [1] és [2] képletekkel számoltuk ki az egyes vegyületek k’ és k” retenciós faktorait. Alkil-benzol homológ sor: benzol, toluol, etilbenzol, propilbenzol, butilbenzol; Alkil-fenon homológ sor: acetofenon, propiofenon, butirofenon, valerofenon, hexanofenon. III.3.3.2. A hidrofób peptidek k’ és k” retenciós faktorainak kiszámolása A III.1.3. pontban felsorolt 2-8-as számú hidrofób peptidek k’ és k” retenciós faktorait a micelláris elektrokinetikus kromatográfiával kapott saját mérési adataink alapján számoltuk ki az [1] és [2] képletekkel. III.3.3.3. A számolt hidrofóbicitások meghatározása A szakirodalomból vett két homológ sor és az általam vizsgált hidrofób peptidek számolt hidrofóbicitását a KOWWIN számítógépes programmal határoztuk meg, amely a molekulák szerkezete alapján, az un. „fragmens állandó” módszerrel számol.
IV. Az eredmények összefoglalása IV.1. A polimer gyógyszerhordozó és konjugátumai vizsgálata (saját közlemények: I, II) Három nagy hatékonyságú elválasztási technikával: szabad zónás kapilláris elektroforézissel, micelláris elektrokinetikus kromatográfiával és gélkromatográfiával nagy felbontású, érzékeny módszereket dolgoztam ki és optimalizáltam a poli-(N-vinilpirrolidon-comaleinsav) szabad gyógyszerhordozó és konjugátumai elválasztására, analitikai elemzésére. Az optimalizált módszerek nemcsak a polimer molekulák rutinszerű elválasztásához nyújtottak korszerű megoldást, hanem lehetővé tették a makromolekulák jellemzését is. A korszerű elválasztási módszerekkel elsősorban olyan nagy savi erősségű karboxil csoportok jelenlétét mutattam ki mind a hordozó, mind a konjugátumok esetében, amelyek már 2,25-ös pH-n disszociálnak, tehát erősebbek, mint a polimert alkotó monomerek karboxiljainak savi erőssége. Az alkalmazott elválasztástechnikai módszerekkel arra is rámutattam, hogy bár elvileg kétféle savi erősségű karboxil csoport épül be a makromolekulákba, a szabad hordozó,
8
és a konjugátumai nem kétféle, hanem sokféle savi erősségű karboxil csoportokkal rendelkeznek. Megfigyeléseimet alátámasztotta a poli-(N-vinilpirrolidon-co-maleinsav) titrálási
görbéje
is.
Eredményeim
elválasztástechnikai
módszerekkel
igazolják
a
polikarbonsav polimerek titrálási görbéi alapján Rios és munkatársai által közölt szakirodalmi adatokat. Mindhárom nagy hatékonyságú elválasztási módszerrel általában több, szélesen elhúzódó csúcsot kaptam, ami polidiszperzitásra utalt. A polimerekre általában jellemző polimerizációs fokból és konformációs eltérésekből eredő polidiszperzitáshoz a poli-(Nvinilpirrolidon-co-maleinsav) esetében hozzáadódik a különböző savi erősségű karboxil csoportok sorozatainak a jelenlétéből eredő polidiszperzitás is. A konjugátumok esetében a polidiszperzitást fokozzák a szubsztitúciós fok eltérései és a konjugált molekulák, illetve a szabadon maradt karboxil csoportok elrendeződése a polimer láncokon. IV.2. Multidrog rezisztencia ellenes peptidek vizsgálata (III) Kutatási munkám során a potenciális multidrog rezisztencia ellenes hatással rendelkező peptidek vizsgálatához olyan módszereket dolgoztam ki és optimalizáltam micelláris elektrokinetikus kromatográfiával és fordított fázisú folyadékkromatográfiával, amelyek lehetővé tették a hidrofób molekulák jó felbontású és viszonylag gyors analízisét. A migrációs és a retenciós idők alapján meghatároztam a molekulák retenciós faktorait, amelyek számszerűleg jellemzik a peptidek hidrofóbicitását és összehasonlítottam a biológiai tesztekkel meghatározott multidrog rezisztencia ellenes hatásaikkal. Mindkét módszer esetében a Zamora és Castaing munkacsoportjai által közölt adatokkal összhangban összefüggést mutattam ki a peptidek hidrofóbicitása és a multidrog rezisztencia elleni hatásuk között: minél apolárosabbnak bizonyulnak a molekulák, annál hatékonyabban gátolják az MDR1 fehérje ATP-áz aktivitását, tehát annál hatékonyabb reverzin molekuláknak minősülnek. IV.3. A k” módosított retenciós faktor jellemzése (IV) Az alkil-benzol és az alkil-fenon homológ sorok esetében a migrációs idők alapján kimutattam, hogy egy-egy újabb metilén csoport beépítése az alkil láncokba egyre kisebb mértékben növelte a vegyületek hidrofóbicitását. Rámutattam arra is, hogy a számítógépes programmal számolt hidrofóbicitások lineáris összefüggésben voltak a vegyületek migrációs 9
időivel, tehát ugyanazt a tendenciát követték. A homológ sorok szomszédos vegyületeinek k” módosított retenciós faktor különbségei egyre csökkentek a szénatom szám növekedésével, tehát a migrációs időkhöz hasonlóan azt jelezték, hogy az alkil lánc hosszabbodásával egyre kisebb mértékben nő a molekulák hidrofób jellege. Ugyanakkor a k” értékek lineáris összefüggésben voltak a számítógépes programmal számolt hidrofóbicitási értékekkel. Mindkét eredmény arra utal, hogy a k” retenciós faktor jól, torzításmentesen képzi le egyrészt a mérőrendszer (micelláris elektrokinetikus kromatográfia) által nyújtott mérési adatokat, másrészt pedig az elméleti hidrofóbicitási értékeket. A hidrofób peptidek k” retenciós faktorának tanulmányozása során bebizonyítottam, hogy a k” retenciós faktorok által meghatározott függvény lineáris jellegű, állandó meredekségű függvény a migrációs ablak teljes hosszában. Ennek következtében adott migrációs idő különbségnek állandó k” retenciós faktor különbségek felelnek meg a teljes migrációs ablakban, tehát a k” módosított retenciós faktorok pontosan jellemezik a molekulák hidrofóbicitásbeli különbségeit is. A peptidek módosított k” retenciós faktorai lineáris összefüggést mutattak a számítógépes programmal számolt hidrofóbicitási értékekkel. A homológ sorok és a hidrofób peptidek k” módosított retenciós faktorainak a vizsgálata során kapott eredmények arra utalnak, hogy a k” módosított retenciós faktorok jól tükrözik a molekulák kísérleti rendszerrel meghatározott és az elméleti számolások alapján számolt hidrofóbicitását
és
a
függvény lineáris
jellegének
köszönhetően
jól
tükrözik
a
hidrofóbicitásbeli különbségeket is. A fenti eredmények alapján bizonyítottam, hogy a k” módosított
retenciós
faktor
sikeresen
alkalmazható
a
mintakomponensek
hidrofóbicitásának és hidrofóbicitásbeli különbségeinek a becslésére.
V. Az eredmények hasznosíthatósága A poli-(N-vinilpirrolidon-co-maleinsav) és konjugátumainak jellemzésekor kapott új eredmények fontos információk gyógyszerjelölt molekulák esetében és további vizsgálatok kiindulópontjait jelentik. A nagy savi erősséggel és a kisebb, különböző savi erősséggel rendelkező karboxil csoportok egyrészt meghatározhatják a makromolekulák szervezetben való felszívódását, eloszlását és hatékonyságát, másrészt pedig befolyásolhatják, hogy mely karboxil csoportokhoz kötődnek a hatóanyagok a konjugálás során, illetve befolyásolhatják a kialakult kötések stabilitását is. A makromolekulák polidiszperzitásával ugyancsak számolni kell a polimer gyógyszermolekulák előállításakor és minőségellenőrzésekor.
10
A multidrog rezisztencia ellenes peptidek vizsgálati eredményeinek közlése hozzájárult két peptid: a [BOC-Asp(OBzl)]-Lys(Z)-OtBu (4. számú peptid) és a [BOC-Glu(OBzl)]2-LysOMe (6. számú peptid) kereskedelmi katalógusba való felvételéhez (Alexis Biochemicals 2001, Alexis Corporation, San Diego, USA). A Reversin 121 és Reversin 205 kódszámokkal jelzett peptidek a szelektív és nagy affinitású MDR1 fehérje gátló molekulák minősítést kapták. Az elválasztástechnikai módszerekkel meghatározott hidrofóbicitás és a biológiai hatékonyság közötti összefüggést nagyon előnyösen fel lehet használni, amikor nagyszámú minták (pl. egy peptid molekulakönyvtár komponensei) multidrog rezisztencia ellenes aktivitásának a meghatározása a feladat. A biológiai teszteket megelőzően a gyors, automatizálható és modern elválasztástechnikai módszerekkel meghatározhatjuk a molekulák hidrofóbicitását és ennek alapján megbecsülhetjük a molekulák várható biológiai hatékonyságát. Az elválasztási technikákhoz nagyon kis mennyiségű minta is elegendő és nem szükséges a minta előtisztítása, hisz az analízis során a komponensek, illetve szennyezők szétválnak.
Ezzel
szemben
a
biológiai
tesztek
idő-
és
pénzigényesebbek
az
elválasztástechnikai módszerekhez viszonyítva, ugyanakkor a biológiai tesztekhez előtisztított peptidminták szükségesek. A micelláris elektrokinetikus kromatográfia további előnye, hogy mivel a micellaképző anyagok széles választéka ismeretes és felhasználható, az elválasztás folyamán
létrejövő
minta
-
micella
kölcsönhatások
leegyszerűsített
modellként
megközelíthetik a vizsgált molekulák és a sejtmembrán kettős lipidrétege közötti kölcsönhatásokat.
Az
általunk
kidolgozott
elválasztástechnikák
alkalmasak
tehát
molekulakönyvtárak vegyületeinek a gyors előszűrésére és elősegítik a biológiai tesztek hatékonyabb tervezését. A k” módosított retenciós faktor jellemzése hozzájárult a micelláris elektrokinetikus kromatográfiával meghatározott hidrofóbicitás pontosabb számszerűsítéséhez és a micelláris elektrokinetikus kromatográfia elméleti hátterének a fejlesztéséhez. Egy 2001.-ben megjelent közleményben munkacsoportunk bevezette a k” módosított retenciós faktor alapján az egyes mintakomponensek a vizes fázisban és a micellák hidrofób belsejében elöltött részidejének és az egyensúlyi állandók kiszámolását.
11
VI. Köszönetnyilvánítás Köszönetemet szeretném kifejezni: -
Dr. Idei Miklósnak, mentoromnak, hogy bevezetett a kapilláris elektroforézisre és más nagy hatékonyságú elválasztástechnikai módszerekre épülő kutatómunka alapjaiba, elősegítette
szakmai
fejlődésemet
és
értékes
szakmai
tanácsaival
támogatta
kutatómunkámat; -
Prof. Dr. Kéri Györgynek, témavezetőmnek, hogy tudományos pályafutásomat figyelemmel kísérte, tanácsaival segítette;
-
Prof. Dr. Mandl József programvezetőmnek, a SE Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Pathobiokémiai Intézet igazgatójának, hogy lehetőséget adott Doktori Iskolájában a képzésemhez, a tanfolyamok elvégzéséhez és a kutatómunkámhoz;
-
Dr. Pató Jánosnak, Dr. Sarkadi Balázsnak és Dr. Őrfi Lászlónak a kutatási programban való együttműködésükért;
-
Munkatársaimnak, az MTA Peptidkémiai Kutatócsoport tagjainak: Prof. Dr. Teplán István csoportvezetőnek, Dr. Seprődi Jánosnak, Dr. Hollósy Ferencnek, Dr. Horváth Anikónak, Dr. Vadász Zsoltnak, Dr. Mező Imrének, Dr. Vántus Tibornak, Verbényi Ágnesnek, Tanai Henriettnek, Szabó Editnek, Bökönyi Györgyinek, Tóvári Emőnek szakmai és emberi segítőkészségükért.
Köszönetemet szeretném kifejezni családomnak, hogy a magyarországi doktori ösztöndíjas tanulmányaimban nagy szeretettel, megértéssel támogattak és bátorítottak.
12
VII. Saját közlemények jegyzéke VII.1. Az értekezés témájával összefüggő közlemények: I. Győrffy E., Pató J., Horváth A., Érchegyi J., Teplán I., Kéri Gy., Idei M.: Behaviour of macromolecular drug carrier poly(N-vinyl pyrrolidone-co-maleic acid) and its bioconjugates at different pH values investigated by gel permeation chromatography J. Liq. Chrom. & Rel. Technol., 21: 2341-53, 1998. II. Győrffy E., Pató J., Horváth A., Érchegyi J., Teplán I., Kéri Gy., Idei M.: Analysis of polyanionic carrier poly(N-vinyl pyrrolidone-co-maleic acid) and its bioconjugates by capillary electrophoresis Electrophoresis, 19: 295-9, 1998. III. Idei M., Seprődi J., Győrffy E., Hollósy F., Vadász Zs., Mészáros Gy., Teplán I., Kéri Gy.: Micellar electrokinetic chromatography of highly hydrophobic peptides Analytica Chimica Acta 372: 273-9, 1998. IV. Idei M., Győrffy E., Kiss É., Őrfi L., Seprődi J., Tamás B., Hollósy F., Mészáros Gy., Kéri Gy.: A novel normalized retention factor in micellar electrokinetic chromatography Electrophoresis 20: 1561-7, 1999. VII.2. Az értekezés témájától eltérő közlemény: Braun L., Puskás F., Csala M., Győrffy E., Garzó T., Mandl J., Bánhegyi G.: Gluconeogenesis from ascorbic acid: ascorbate recycling in isolated murine hepatocytes FEBS Letters, 390: 183-6, 1996.
13
