Vortrag Gruppe 4 Nitrogen Walk Flashcards
Wie viele ubiquitäre Adenosin Rezeptoren gibt es?
Wie erfolgt die Signalvermittlung?
Es gibt vier ubiquitäre Subtypen
Wirkt über GPCR (Gs) -> Kommt zu cAMP Anstieg
Was ist das Problem eines Wirkstoffes bei Adenosin Rezeptoren?
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
Was sind die zwei Ansätze die man verfolgen kann um die Toxizität von Heterozyklen zu vermindern?
Blockade von reaktiven Stellen durch Einführen von Stickstoffatomen
Ersatz des Fünfrings (Im Purin) durch einen Sechsring
Zeige an dieser Verbindung den Nitrogen Walk
Nutzen?
Einführung eines Stickstoffatoms an verschiedenen Positionen des Rings (Nitrogen-Walk)
-> Suche neue Liganden
Über den Nitrogen Walk wurde die gezeigte Verbindung gefunden.
Wo liegt das Problem dieser Verbindung?
Structural Alert
Wie können CYP Enzyme für die Analyse hergestellt werden?
Mittels Insektenzell-Mikrosomen
Höher IC50 heißt hohe oder niedrige Inhibition?
Hoher IC50 heißt niedrige Inhibition
Was war die Motivation von der bekannten Verbindung ISAM zu 18g zu kommen?
Welche Methode wurde hierfür verwendet?
Furan war sehr elektronenreich
- > Structural alert!
- > Finde eine Verbindung die Elektronen ärmer ist
- > Einführung eines Stickstoff Atoms
Verbindung g18 über Nitrogen Walk gefunden
Zeige den Biotoxifizierungsmechanismus der an der Thiazolstruktur abläuft.
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!
Wie kann man die Biotoxifizierungsreaktionen die durch Thiazol auftreten verhindern?
Gezeigt am Beispiel von Sudoxicam
Methyl Gruppe eingeführt die dann bevorzugt zur Carbonsäure oxidiert wird.
Carbonsäure ist kein Problem.
Methylgruppe wird gegenüber Thiazol Ring bevorzugt oxidiert.
Entstehung eines Nitreniumions aus einem Amin
Zu was wird Procainamid im Körper (unter anderem) umgesetzt?
Bei Procainamid kommt es nach der Aktivierung zur Bildung einer toxischen Nitrosoverbindung.
Primäre Amine an Aromaten sind gefährlich (Bsp. Procainamid). Wie kann man dieses Problem beheben?
Nefazodon
Welcher Teil des Moleküls ist für die toxische Wirkung verantwortlich?
Wie wird diese toxische Verbindung im Körper gebildet?
Piperidin (Piperazin) Aromat ist für toxische Wirkung verantwortlich
-> Hepatotoxisch, durch das Chinonimin
Wie ist die Reihenfolge der Reaktivität der Heterozyklen gegenüber Elektrophilen?
-> Ordne nach abnehmender Reaktivität: Furan, Thiophen, Pyrrol
Warum ist das so?
- Pyrrol
- Furan
- 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
Sind Pyridin und Pyrimidin elektronenreiche oder elektronenarme Heteroaromaten?
Elektronenarme Heteroaromaten
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?
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
Warum korreliert oftmals erhöhte Elektronendichte mit einem Structural Alert?
Moleküle mit einer erhöhten Elektronendichte können leicht von CYP-Enzymen oxidiert und dadurch toxische Produkte wie z.B. Epoxide bilden.
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
Basizität, Lipophilie, polare Oberflächenstruktur, H-Brückeeneigenschaften, Rezeptorerkennung, Bindungsaffinität, Löslichkeit, Aktiver Transport, metabolische Stabilität, log P, PSA und Dipolmoment.
Was versteht man ganz allgemein unter Bioisosterie?
Austausch Substituenten oder Molekülgruppen gegen sterisch und elektronisch
verwandte Gruppen zur Optimierung der pharmakokinetischen und pharmakodynamischen
Eigenschaften eines Arzneistoffes unter Erhaltung der biologischen Aktivität.
Zu welcher Gruppe ist der Stickstoff bioisoster? Welche allgemeine Regel der Bioisosterie liegt hier zu Grunde?
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.
Welche Gruppe ist in diesem Molekül die bioisostere Gruppe und was wurde ausgetauscht?
Was sind ein paar positive Folgen hiervon?
Carboxylgruppe durch einen bioisosteren Tetrazolring ausgetauscht
Höhere Potenz, geringere Polarität, erhöhte Lipophilie (bessere
Membranpermeabilität), verbesserte Pharmakokinetische Eigenschaften, geringeres
Toxisches Potential
Welche bioisostere Gruppe kann Amid ersetzen?
Wie wirkt sich dies auf H-Donor/Akzeptor Eigenschaften und Basizität aus?
Wo findet man diesen Austausch oft?
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
Was ist Circulardichroismus (CD)?
Wie funktioniert es und was wird “berechnet”?
- 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
Was verstehen Sie unter „Bioaktiver Konformation“ und welche Methoden wurden verwendet, um die bioaktive Konformation zu definieren?
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“)
Ist die bioaktive Konformation die Energie ärmste?
Nein
Welchen Sinn hat die Untersuchung des CYP-Metabolismus?
Untersuchung des CYP-Metabolismus, um möglichst früh Vorhersagen über das ADME-Profil treffen zu können, insbesondere über die Wahrscheinlichkeit von leberspezifischen Nebenwirkungen
Welcher experimentelle Test wurde zur Untersuchung des CYP-Metabolismus verwendet?
Mikrosomentest
Was sind Mikrosomen?
Warum braucht man sie?
Woraus werden sie gewonnen? (2 Möglichkeiten)
- 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
Welche Referenzsubstanzen wurden zur Validierung der CYP3A4 bzw. CYP2D6-Aktivität eingesetzt?
Wie wirken diese Stoffe auf die CYP Enzyme?
- 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
Zur biologischen in silico Evaluierung wurde ein sog. PAINS-Filter eingesetzt. Was sind PAINS und zeigen Sie eine typische Struktur für ein PAIN!
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
Mit welchem Test wurde die Bindungsaffinität am Adenosin Rezeptor bestimmt? Beschreiben Sie ganz kurz!
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.
Beschreiben Sie den funktionalen Test, der hier zur Testung eingesetzt wurde!
(-> Es handelt sich um Adenosin Rezeptoren)
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
