Содержание
- Краткое резюме
- Повреждения ДНК и механизм DDR 🧬
- Роль киназы АТМ в DDR и радио-/химиотерапии 🔬
- Современные ингибиторы АТМ: молекулярная структура и докинг 💊
- Разработка макроциклических ингибиторов АТМ: медицинская химия и патенты ⚗️
- Синтетические подходы к получению макроциклических ингибиторов 🧪
- Итоги и перспективы 🔍
Краткое резюме
В видео подробно рассказывается о жизненно важном процессе обнаружения и репарации повреждений ДНК — механизме DNA damage response (DDR). Особое внимание уделяется белку АТМ киназе как ключевому сенсору двухцепочечных разрывов ДНК, регулирующему клеточный цикл, апоптоз и иммунный ответ. Рассмотрены современные подходы к разработке ингибиторов АТМ, их молекулярная структура и докинговый анализ. В завершение представлены синтетические пути создания макроциклических соединений — потенциальных новых лекарств, а также обсуждается патентная ситуация.
Повреждения ДНК и механизм DDR 🧬
В клетках ДНК постоянно подвергается повреждениям: алкилированию, окислению, гидролизу. Их источниками служат токсичные молекулы, УФ-излучение и ионизирующее излучение. Чтобы защитить геном, эволюция создала сложную систему DNA damage response (DDR), включающую множество белков.
Эти белки:
- Обнаруживают повреждения ДНК
- Регулируют активность ферментов репарации
- Стабилизируют и восстанавливают повреждённые участки
Нарушение DDR ведёт к геномной нестабильности, активации мутогенеза и развитию опухолей. Раковые клетки с повышенным пролиферативным потенциалом и ослабленной репарацией ДНК особенно чувствительны к ингибированию DDR. Кроме того, манипуляция DDR путями способна запускать иммунный ответ.
«Нарушение в DDR — ключ к возникновению и прогрессированию опухолей, а целенаправленное воздействие на него открывает новые возможности в терапии.»
Роль киназы АТМ в DDR и радио-/химиотерапии 🔬
АТМ — серинтреониновая протеинкиназа с более чем 3000 аминокислот, член семейства PI3K-подобных киназ. В её структуре выделяют несколько консервативных доменов — HIT-кластер, FAT-область, киназный домен и NLC-последовательность для ядерной локализации.
АТМ — важнейший сенсор и регулятор гомологичной рекомбинации, активирующийся при двухцепочечных разрывах ДНК. После повреждения происходит димеризация и автофосфорилирование ключевого остатка (S1981) с участием комплексного сенсора MRN (MRE11-RAD50-NBS1).
Активированный АТМ:
- Фосфорилирует NBS1 и транскрипционный фактор ATF2 (влияния на гистоны)
- Регулирует множество белков, влияющих на апоптоз (PI3) и клеточный цикл (CDC25, CDK1/2)
- Взаимодействует с комплексом фанкони (FANCD2) и протеазой USP1
Раковые клетки используют этот белковый «оркестр» для выживания при радиотерапии и химиотерапии, что затрудняет выздоровление.
«Молекулы, которые способны селективно ингибировать АТМ, могут значительно повысить эффективность лечения.»
Современные ингибиторы АТМ: молекулярная структура и докинг 💊
В базе PDB представлены кристаллические структуры АТМ в комплексе с ингибиторами и АТФ (разрешение < 3Å). Одним из основных типов ингибиторов является молекула, разработанная Merck (М476), связывающаяся через водородные связи и гидрофобные взаимодействия с рядом аминокислотных остатков: триптофан 2769, лейцин 2877, а также сульфономидные и ароматические фрагменты.
Для валидации использовали ингибитор AZD0156 (AstraZeneca) и двойной ингибитор ATM/DNA-PK от XRAT Therapeutics. Все они демонстрируют схожие механизмы связывания и энергетические оценки связывания (до −11 ккал/моль), что подтверждает обоснованность выбранных докинговых моделей.
«С точки зрения химии лекарств существует возможность обхода патентов с помощью простых модификаций и макроциклизации.»
Разработка макроциклических ингибиторов АТМ: медицинская химия и патенты ⚗️
Анализ патентного ландшафта показал ограниченное число заявок на ингибиторы АТМ, преимущественно основанных на имидазахиналине и его изостерных аналогах.
Была выбрана стратегия макроциклизации на базе тетроциклических медазиналинов, продемонстрировавшая высокую активность (менее 1 нМ), селективность и хорошую противоопухолевую эффективность в моделях немелкоклеточного рака лёгких и рака толстой кишки. Комбинации с радиотерапией и ингибиторами топоизомераз показали синергизм.
Предлагаются новые макроциклические аналоги с прогнозируемыми энергетическими характеристиками, не уступающими референсным препаратам, и сохранением всех ключевых взаимодействий в активном сайте.
Синтетические подходы к получению макроциклических ингибиторов 🧪
В видео представлены две синтетические схемы:
-
Восьмиступенчатый синтез с использованием хлорнитрохинолина, LDA, защитных групп, восстановления нитрогруппы, реакции Сузуки-Мияуры и циклизации с сульфонилхлоридным реагентом. Выход конечной стадии требует оптимизации.
-
11-стадийный синтез с параллельными реакциями, включая нуклеофильное замещение, восстановление, фосгеновое превращение, кросссочетание, реакцию метатезиса и восстановление двойных связей для макроциклизации.
Докинговые данные подтверждают адекватность выбранных конформаций и хороший энергетический скоринг.
«Существуют и другие возможные синтетические стратегии, но представленные схемы показывают перспективные пути получения новых ингибиторов.»
Итоги и перспективы 🔍
- Механизм DDR и белок АТМ играют ключевую роль в защите генома и ответе опухолей на лечение.
- Ингибиторы АТМ способны повысить эффективность стандартной терапии рака и активировать иммунный ответ.
- Докинговый анализ и кристаллографические данные позволяют рационально проектировать новые макроциклические молекулы с сохранением активности и селективности.
- Синтетические стратегии обеспечивают возможности получения таких ингибиторов, а ограниченное патентное пространство открывает путь для разработки новых препаратов.
«Таргетирование DDR — это не только борьба с раком, но и возможность раскрыть новые горизонты в иммунологии и клеточной биологии.»