Vortrag Gruppe 4 Nitrogen Walk

Question 1

Wie viele ubiquitäre Adenosin Rezeptoren gibt es?

Wie erfolgt die Signalvermittlung?

Answer 1

Es gibt vier ubiquitäre Subtypen

Wirkt über GPCR (Gs) -> Kommt zu cAMP Anstieg

Question 2

Was ist das Problem eines Wirkstoffes bei Adenosin Rezeptoren?

Answer 2

Adenosin ähnelt in Grundstruktur Xanthin

• > Schlecht Wasserlöslich (Wie Harnsäure)
• > Suche also besser lösliche Stoffe z.B. Heterozyklen
• > Problem hier sind Structural Alerts
• > Toxisch (CYP Inhibition)
• > Finde Bioisostere die gut löslich und nicht toxisch sind

Question 3

Was sind die zwei Ansätze die man verfolgen kann um die Toxizität von Heterozyklen zu vermindern?

Answer 3

Blockade von reaktiven Stellen durch Einführen von Stickstoffatomen

Ersatz des Fünfrings (Im Purin) durch einen Sechsring

Question 4

Zeige an dieser Verbindung den Nitrogen Walk

Nutzen?

Answer 4

Einführung eines Stickstoffatoms an verschiedenen Positionen des Rings (Nitrogen-Walk)

-> Suche neue Liganden

Question 5

Über den Nitrogen Walk wurde die gezeigte Verbindung gefunden.

Wo liegt das Problem dieser Verbindung?

Answer 5

Structural Alert

Question 6

Wie können CYP Enzyme für die Analyse hergestellt werden?

Answer 6

Mittels Insektenzell-Mikrosomen

Question 7

Höher IC50 heißt hohe oder niedrige Inhibition?

Answer 7

Hoher IC50 heißt niedrige Inhibition

Question 8

Was war die Motivation von der bekannten Verbindung ISAM zu 18g zu kommen?

Welche Methode wurde hierfür verwendet?

Answer 8

Furan war sehr elektronenreich

• > Structural alert!
• > Finde eine Verbindung die Elektronen ärmer ist
• > Einführung eines Stickstoff Atoms

Verbindung g18 über Nitrogen Walk gefunden

Question 9

Zeige den Biotoxifizierungsmechanismus der an der Thiazolstruktur abläuft.

Answer 9

Probleme sind Epoxid, Diol sowie Sulfonylharnstoff

Die Reaktion von einem Epoxid zu einem Diol nennt man Hydrolyse (Wasser eingeführt).

Dann bildet sich ein Glyoxal und ein Sulfonylharnstoff.

Glyoxal ist zweifach Aldehyd! Sehr reaktiv!

Question 10

Wie kann man die Biotoxifizierungsreaktionen die durch Thiazol auftreten verhindern?

Gezeigt am Beispiel von Sudoxicam

Answer 10

Methyl Gruppe eingeführt die dann bevorzugt zur Carbonsäure oxidiert wird.

Carbonsäure ist kein Problem.

Methylgruppe wird gegenüber Thiazol Ring bevorzugt oxidiert.

Question 11

Entstehung eines Nitreniumions aus einem Amin

Answer 11

Question 12

Zu was wird Procainamid im Körper (unter anderem) umgesetzt?

Answer 12

Bei Procainamid kommt es nach der Aktivierung zur Bildung einer toxischen Nitrosoverbindung.

Question 13

Primäre Amine an Aromaten sind gefährlich (Bsp. Procainamid). Wie kann man dieses Problem beheben?

Answer 13

Question 14

Nefazodon

Welcher Teil des Moleküls ist für die toxische Wirkung verantwortlich?

Wie wird diese toxische Verbindung im Körper gebildet?

Answer 14

Piperidin (Piperazin) Aromat ist für toxische Wirkung verantwortlich

-> Hepatotoxisch, durch das Chinonimin

Question 15

Wie ist die Reihenfolge der Reaktivität der Heterozyklen gegenüber Elektrophilen?

-> Ordne nach abnehmender Reaktivität: Furan, Thiophen, Pyrrol

Warum ist das so?

Answer 15

1. Pyrrol
2. Furan
3. Thiophen

Heteroatom liefert Elektronenschub

Sauerstoff hat höhere Elektronegativität als Stickstoff -> Kation wird weniger stabilisiert -> Pyrrol reaktiver als Furan

p-Orbitale des Schwefels haben eine schlechtere Überlappung mit p-Orbitalen des Kohlenstoffs -> Weniger Elektronenschub als bei Sauerstoff -> Furan reaktiver als Thiophen

Question 16

Sind Pyridin und Pyrimidin elektronenreiche oder elektronenarme Heteroaromaten?

Answer 16

Elektronenarme Heteroaromaten

Question 17

Wie kann man die Reaktion eines Elektrophils mit einem Nukleophil mittels HOMO und LUMO erklären?

Warum nimmt die Reaktivität ab wenn anstatt Kohlenstoff ein Stickstoff in den Ring der als Nukleophil dienen soll eingeführt wird?

Answer 17

HOMO des Nukleophils (Hier sind die Elektronen für die Bindung drin) muss mit LUMO des Elektrophils wechselwirken.

• > Damit sich eine Bindung ausbilden kann müssen diese Orbitale auf ähnlicher Höhe sein.
• > Wird ein Stickstoff in den Ring eingeführt wird das HOMO angehoben -> Wechselwirkung mit LUMO nicht mehr möglich -> Keine Reaktion

Question 18

Warum korreliert oftmals erhöhte Elektronendichte mit einem Structural Alert?

Answer 18

Moleküle mit einer erhöhten Elektronendichte können leicht von CYP-Enzymen oxidiert und dadurch toxische Produkte wie z.B. Epoxide bilden.

Question 19

Welche anderen Parameter werden auch beeinflusst, wenn im Rahmen von SAR Strukturvariationen in Moleküle eingebaut werden – abgesehen von der Problematik des Strucutral Alerts?

-> Nur ein paar Beispiele nennen

Answer 19

Basizität, Lipophilie, polare Oberflächenstruktur, H-Brückeeneigenschaften, Rezeptorerkennung, Bindungsaffinität, Löslichkeit, Aktiver Transport, metabolische Stabilität, log P, PSA und Dipolmoment.

Question 20

Was versteht man ganz allgemein unter Bioisosterie?

Answer 20

Austausch Substituenten oder Molekülgruppen gegen sterisch und elektronisch
verwandte Gruppen zur Optimierung der pharmakokinetischen und pharmakodynamischen
Eigenschaften eines Arzneistoffes unter Erhaltung der biologischen Aktivität.

Question 21

Zu welcher Gruppe ist der Stickstoff bioisoster? Welche allgemeine Regel der Bioisosterie liegt hier zu Grunde?

Answer 21

Das eingeführte N-Atom ist bioisoster zur CH-Gruppe im pentagonalen Heterozyklus.

• > Dies entspricht der Regel des Grimmschen Hybridverschiebungssatzes.
• > Ein N-Atom entspricht einer CH-Einheit.

Question 22

Welche Gruppe ist in diesem Molekül die bioisostere Gruppe und was wurde ausgetauscht?

Was sind ein paar positive Folgen hiervon?

Answer 22

Carboxylgruppe durch einen bioisosteren Tetrazolring ausgetauscht

Höhere Potenz, geringere Polarität, erhöhte Lipophilie (bessere
Membranpermeabilität), verbesserte Pharmakokinetische Eigenschaften, geringeres
Toxisches Potential

Question 23

Welche bioisostere Gruppe kann Amid ersetzen?

Wie wirkt sich dies auf H-Donor/Akzeptor Eigenschaften und Basizität aus?

Wo findet man diesen Austausch oft?

Answer 23

Ersatz der Amidgruppe durch Trifluoramingruppe.

Erhält die H-Donoreigenschaften des Amids (stark elektronenziehende Wirkung der CF3-Gruppe verringert die Basiszität des Stickstoffs extrem, ohne die H-Donoreigenschaften zu beeinflussen

Findet man oft in Peptidmimetika

Question 24

Was ist Circulardichroismus (CD)?

Wie funktioniert es und was wird “berechnet”?

Answer 24

• Jeder polarisierte Lichtstrahl = Überlagerung zweier circular polarisierter Lichtstrahlen (Links- & Rechtsschraube)
• Stärke der Absorption bei optisch aktiven Medien (chiraler AS) von links und rechts polarisiertem Licht verschieden
• Spektrum = Differenz der beiden Adsorptionskoeffizienten Δ𝜀=𝜀𝑙𝑖𝑛𝑘𝑠−𝜀𝑟𝑒𝑐ℎ𝑡𝑠
• Positiver Cotton-Effekt = positiver CD

Question 25

Was verstehen Sie unter „Bioaktiver Konformation“ und welche Methoden wurden verwendet, um die bioaktive Konformation zu definieren?

Answer 25

Bioaktive Konformation: Der Zusammenhang zwischen lokaler Konformation und biologischer Aktivität einer Substanz wird durch ein außerordentlich komplexes Netzwerk intra- und intermolekularer Wechselwirkungen bestimmt.

Methoden:
o Molecular Docking-Simulation
o Daraus erhaltenes humane A2BAR-Modell wurde als Ausgangsstruktur für FEP-Berechnungen („free energy perturbation“)

Question 26

Ist die bioaktive Konformation die Energie ärmste?

Answer 26

Nein

Question 27

Welchen Sinn hat die Untersuchung des CYP-Metabolismus?

Answer 27

Untersuchung des CYP-Metabolismus, um möglichst früh Vorhersagen über das ADME-Profil treffen zu können, insbesondere über die Wahrscheinlichkeit von leberspezifischen Nebenwirkungen

Question 28

Welcher experimentelle Test wurde zur Untersuchung des CYP-Metabolismus verwendet?

Answer 28

Mikrosomentest

Question 29

Was sind Mikrosomen?

Warum braucht man sie?

Woraus werden sie gewonnen? (2 Möglichkeiten)

Answer 29

• Mikrosomen: kleine Membranstücke, die aus Fragmenten des ERs sind
• Mikrosome werden präpariert, um funktionsfähige CYP-Enzyme zu erhalten
• > Die Inhibition und die IC50-Werte von (möglichen) Arzneistoffen kann untersucht werden
• Werden meist aus humanem Lebergewebe gewonnen, allerdings schwankt der Gehalt der Enzyme stark
• Daher werden Insektenzellmikrosome verwendet, welche die gewünschten CYP-Enzyme produzieren können

Question 30

Welche Referenzsubstanzen wurden zur Validierung der CYP3A4 bzw. CYP2D6-Aktivität eingesetzt?

Wie wirken diese Stoffe auf die CYP Enzyme?

Answer 30

• Ketoconazol (CYP3A4) und Chinidin (CYP2D6)
• Es handelt sich dabei um Standard-Referenzsubstanzen, die eine hohe Inhibition der entsprechenden CYP-Enzyme aufweisen
• Dienen als Vergleich der Inhibitionsstärke mittels des IC50-Wertes

Question 31

Zur biologischen in silico Evaluierung wurde ein sog. PAINS-Filter eingesetzt. Was sind PAINS und zeigen Sie eine typische Struktur für ein PAIN!

Answer 31

Pan-Assay Interferenzverbindungen („pan-assay interference Compounds“, PAINS)
sind chemische Verbindungen, die oft falsch positive Ergebnisse in Hochdurchsatz-
Screenings liefern. PAINS reagieren nicht spezifisch mit zahlreichen biologischen
Targets, anstatt speziell ein gewünschtes Target zu beeinflussen.

Beispiel: Isothiazolin

Question 32

Mit welchem Test wurde die Bindungsaffinität am Adenosin Rezeptor bestimmt? Beschreiben Sie ganz kurz!

Answer 32

Kompetitiver Radioligandenbindungsassay

In vitro humane Adenosin Rezeptoren wurden in vier verschiedenen transfizierten Zelllinien exprimiert.

Nach einer Inkubationszeit mit den entsprechenden Liganden werden die Membranen gewaschen und die Radioaktivität mit einem Microbeta Trilux reader detektiert.

Question 33

Beschreiben Sie den funktionalen Test, der hier zur Testung eingesetzt wurde!

(-> Es handelt sich um Adenosin Rezeptoren)

Answer 33

cAMP assay
Kompetitiver Immunoassay, welcher quantitativ die cAMP-Konzentration bestimmen kann

• enthält polyklonale AK, die an cAMP direkt oder cAMP gebunden an Alkalische Phosphatase binden können
• Dieses Enzym macht eine gelbe Farbe, die bei 405nm detektiert werden kann
• Die Intensität der Färbung ist umgekehrt proportional zur Konzentration an cAMP