ХМЛ. Часть 7. Дом, который построил Джек

God only knows what we're fighting for

Adele. Turning Tables.

   Предыдущая серия.
   Поскольку мой рассказ о лекарстве против хронического миелоидного лейкоза превратился в фармакологическую "Санта-Барбару", терять уже по сути нечего, и я могу начать издалека и будто бы с события, которое не имеет к генеральной линии моего повествования никакого отношения...
   В далёком 1981 году Моник Кастанья в время своего непродолжительного летнего визита в лабораторию Яцуоми Нишизука показала, что форболовые эфиры, вещества, выделенные из растений рода кротон (НЕ домашнее растение) семейства молочайных, промотируют развитие раковых опухолей потому, что вызывают гиперактивацию протеинкиназы С.

Croton tiglium L. Источник: кликнуть

   
   Опухолевые промоторы - это вещества, которые сами по себе рак не вызывают, но резко повышают чувствительность организма к агентам, которые служат непосредственной причиной его возникновения, т.е. к канцерогенам.
   Форболовые эфиры - это сложные эфиры сложного (уж простите за тавтологию) органического многоатомного кетоспирта форбола и высших жирных кислот.

 

Форбол (слева) и 12-O-тетрадеканоилфорбол-13-ацетат. Что-то метилы в 6-членном цикле в разные стороны смотрят.

   Протеинкиназа С - это белок из уже знакомого вам класса ферментов, который присоединяет остатки фосфорной кислоты к спиртовым группам серина и треонина, т.е. аминокислотам, входящим в состав белков. Для своей активности протеинкиназа С требует обязательного присутствия ионов кальция и диацилглицерина, производного глицерина, в котором с молекулами высших жирных кислот связаны 2 из 3 его гидроксильных групп.

Диацилглицерин.

   Как оказалось, форболовые эфиры, будучи веществами весьма нестойкими во внешней среде и требующими для своего выделения всех прелестей работы в отсутствии кислорода, прекрасно чувствуют себя в организме животного. Они присоединяются к молекуле протеинкиназы С как раз в том месте, которое обычно занимает диацилглицерин. Но связь форболовых эфиров с протеинкиназой С гораздо прочнее, и кроме того, как я уже сказал, разрушаются эти вещества в организме намного медленнее, чем диацилглицерин. Следствием такого связывания служит продолжительная активация протеинкиназы С, которая начинает фосфорилировать что надо и что не надо. Как я уже устал повторять, фосфорилирование служит непосредственной причиной изменения активности многих белков организма. В данном конкретном случае гиперфосфорилирование приводит к тому, что клетка начинает усиленными темпами делиться. Если в этот момент, когда она наиболее чувствительна, на неё подействовать канцерогеном, то возникающая мутация может сделать её бессмертной, т.е. превратить в раковую.

Активация протеинкиназы С. DAG - диацилглицерин. Источник: кликнуть

   Как видите, практически аналогичную ситуацию мы имеем в случае хронического миелолейкоза, при котором источником всех бед является неуёмная протеинкиназная активность онкобелка Abl-Bcr. Однако в начале 80-ых история с Abl-Bcr ещё не была до конца распутана, и научное сообщество только-только переваривало свалившиеся на него факты, связанные с истинной ролью Филадельфийской хромосомы в развитии ХМЛ.
   Так или иначе, статья Моник на некоторое время возглавила чарты поднялась в топы стала высоко цитируемой, т.е. стала тем самым умело пущенным камнем, который вызвал многочисленные круги на воде, что, по моему скромному мнению рядового труженика химической промышленности, и является главным показателем качества проделанной работы.
   В одном из таких кругов ада, судя по всему, оказался теперешний фармацевтический гигант Novartis, точнее, известная тем, кто имеет дело с красителями, фирма Ciba-Geigy, ставшая не так уж давно его подразделением.

 

Источники: кликнуть, кликнуть.

   В Novartis смекнули, что дело пахнет керосином, тоже мне токсикоманы! потенциальными прибылями, и в 1984 под руководством Алекса Маттера был начат проект по разработке ингибиторов сериновых и треониновых протеинкиназ, а в 1986 была организована группа и по разработке ингибиторов тирозинкиназ (к которым, напомню, принадлежит онкопротеин Abl-Bcr). Группу возглавил английский биохимик Ник Лайдон, ведущим специалистом назначили медицинского химика, швейцарца, Юрга Цимермана.

 

Ник Лайдон (слева) и Юрг Цимерман. Источники: кликнуть, кликнуть.

   Только осознание того, что не все из вас любят мыльные оперы, удерживает меня от описания всего того, что было сделано в области ингибиторов протеинкиназ в доновартисовскую эру.
   Итак, в те дни, когда я маленьким ребёнком дышал свежим чернобыльским ветром, неутомимые труженики фармацевтической индустрии методом скрининга фильтровали свои библиотеки на предмет поиска вещества, которое бы ингибировало активность протеинкиназы С.
   Библиотека - это фактически набор соединений. В библиотеке могут быть десятки тысяч соединений, которые испытывают на различные виды биологической активности с целью поиска потенциального лекарства. В настоящее время такой поиск, как правило, автоматизирован.
   Тут стоит, пожалуй, сказать о том, что у молекулы потенциального лекарства существуют определённые черты, и грамотный специалист в области медицинской химии (часть химии фармацевтической, которая занимается разработкой и усовершенствованием лекарственных веществ) может с определённой долей уверенности по этим чертам (druglikeness, лекарствоподобность) отделить зёрна от плевел.
   
   Концепцию лекарствоподобности часто связывают с правилом пятёрок Липински. Согласно этому правилу у лекарствоподобного вещества:
- молярная масса не превышает 500 г/моль;
- логарифм коэффициента распределения октанол-1/вода не превышает 5;
- число атомов-доноров водородных связей не превышает 5;
- число атомов-акцепторов водородных связей не превышает 10;
   С точки зрения рецепторной теории действия лекарственных средств эти правила находят вполне логичное объяснение. Ограничение по молярной массе отбрасывает слишком большие молекулы, которые не могут пройти через клеточные мембраны и содержат большое количество атомов, которые могут служить мишенью действия обезвреживающих ферментов.
   Если логарифм коэффициента распределения вещества в системе октанол-1/вода больше 5, то это означает, что вещество очень сильно гидрофобно; оно будет плохо растворяться в водных средах организма и, как говорят, будет иметь низкую биодоступность, т.е. не сможет создать в том или ином органе или всём организме концентрацию, необходимую для того, чтобы оно подействовало.
   Когда в молкуле слишком много атомов, которые способны образовывать водородные связи, это делает её затычкой во все бочки. Такая молекула будет связываться со многими рецепторами и не будет годиться в качестве лекарства с направленным действием.
   Конечно, правило Липински - это только часть концепции, которая позволяет количественно описать пригодность вещества в качестве лекарственного средства. И начинающему медицинскому химику надо понимать, что зацикливаться на этом правиле не стоит, так как многие соединения, которые ему не удовлетворяют, всё же стали лекарствами.
   Существуют ещё некие закономерности, которые позволяют отличать нелекарствоподобное соединение от лекарствоподобного. Так, например, большое количество бензольных колец нежелательно. Они ухудшают растворимость лекарства и увеличивают вероятность его канцерогенности. Наличие высокореакционноспособных групп (оксирановые кольца, пороксидные мостики, изоцианатные, азидные группы, галогенангидридные остатки) делает потенциальное лекарство токсичным. Нелекарствоподобны также некоторые специфические группы и связки атомов, описать словами которые порой трудновато, но их суть понятна специалистам в области органической химии.
   Одно из таких зёрен увидел и склевал Юрг Цимерман, не так давно получивший из богатеньких ручонок Novartis заслуженную награду. Найдённый им родоначальник целого класса модных и нужных нынче ингибиторов протеинкиназ (которым, в смысле, ингибиторам, посвящено даже несколько сайтов) имеет смехотворную по нынешним меркам в плане сложности структуру, и является фениламинопиримидином.
   Как помнят те, кто внимательно читал мой опус об открытии восстанавливающего сексуальную гармонию вещества, дальнейшие модификации структуры лидера идут по принципу актуального нынче для простых белорусов поиска дешёвой виагры колбасы с посещением минимального количества магазинов. Займёмся шоппингом?
   Итак, наша первая потенциальная покупка - это даже не колбаса, а полуфабрикат, если угодно - фарш, из которого, какой бы умелой не была хозяйка, слепить котлеты можно только после определённых усилий. Этим фаршем послужил фениламинопиримидин, структура которого представлена ниже.

   Задача подобного молекулярного шоппинга - улучшить свойства исходной молекулы, т.е. её активность и селективность, а также физико-химические свойства, позволяющие изготовить из неё действенное лекарство. Увеличение активности, напомню, означало для Novartis снижение концентрации, при которой блокируется активность протиенкиназы С (поскольку первоначально именно на это нацеливалась фирма). Увеличение селективности означало, что вещество при низких концентрациях не будет блокировать протекинкиназную активность большинства других ферментов, работа которых жизненна необходима организму.
   Путём молекулярной оптимизации, суть которой сводится к получению и исследованию соединений, родственных исходному, но с другими заместителями в различных частях молекулы, удалось установить, что введение бензамидной группировки (вместо пиррольного заместителя), особенно с пара-электроноакцепторным заместителем, сильно увеличивает активность по отношению к протеинкиназе С (т.е. уменьшает концентрацию вещества, при которой происходит снижение скорости работы фермента). В рамках нашего продуктового шоп-тура это означает, что мы наконец-таки наткнулись на колбасу хорошего качества по приемлемой цене. Однако вот незадача... Мы искали сыровяленую, а нашли - сырокопчёную... Протеинкиназа С, о которой я ещё скажу пару слов, хоть и являлась для того времени интересной мишенью, но к хроническому миелолейкозу никакого отношения не имела. Надо сказать, что и Novartis не ставил себе задачу поиска лекарства против ХМЛ. Считалось, что на таком лекарстве нельзя будет много заработать, так как число пациентов с этим недугом невелико. И лишь подключение ещё одной персоны придало поискам Юрга и его группы смысл.

   Трудолюбивый Юрг, который ещё в детстве помогал своему отцу по хозяйству, продолжал экспериментировать над ингибиторами фениламинопиримидиновой структуры и нашёл, что введение метильного заместителя в положение 6 бензольного кольца практически приводит к потере способности ингибировать протеинкиназу С. Может, кто-нибудь сможет объяснить причину резкого изменения активности при введении малюююсенького заместителя?
   Казалось бы, зачем опять возвращаться к докторской, да ещё по цене мерседеса? Однако в мире медицинской химии всё не так просто. Активность против серин/треонинкиназы упала, зато появилась активность против тирозинкиназы под названием PDGF-R (platelet-derived growth factor recetor, рецептор фактора роста тромбоцитов). Фактор роста тромбоцитов регулирует ангиогенез, т.е. образование сосудов, что является ключевым фактором роста сOлидных опухолей, которым для поддержания роста требуется усиленный приток крови, поэтому пока наша докторская кажется не так плоха, как мы привыкли о ней думать. Но это, конечно, ещё не сервелат, если вы поняли второе дно моего тонкого колбасного юмора... :-). Как поняли, приём.
   Пока суть да шоппинг, Юрг решил всё-таки снизойти до того, чтобы проверить активность своей новой структуры на тирозинкиназах, родственных мутантному ферменту Bcr-Abl, в частности, на его вирусном аналоге v-Abl. И о чудо! Его докторская колбаса структура засветилась новыми красками!

   Метильное замещённое оказалось прототипом нового класса биологически активных соединений - блокаторов Abl-киназ, но, как будущее лекарство, имело, помимо всех прочих, существенный недостаток. Оно было малорастворимым, что весьма затрудняло его применение.
   На самом деле, как я уже писал, из такой ситуёвины есть по меньшей мере два выхода. Первый - продолжать шоппинг, т.е. перебирать заместители, пока не получится нечто достаточно водорастворимое. Подход второй - попробовать сконструировать лекарство в виде суспензии или эмульсии или, на худой конец, раствора в неводном растворителе. По такому пути события, если вы помните, разворачивались при разработке лекарственной формы таксола.
   Юрг и его команда пошли по первому пути, присобачив к первоначальному соединению-лидеру метилпиперазиновый заместитель. А поскольку фениламины потенциально канцерогенны, то между атомом азота и бензольным кольцом решили встависть метиленовое звено. Так было получено соединение CGP 57148 (оно же STI571), которое in vitro ингибировало v-Abl в достаточно низких концентрациях (IC₅₀=38 нМ) и было хорошо растворимо в воде (в виде соли).

CGP 57148. Он же STI571.

   Вопросы принимаются.
   Продолжение следует.