SOD mimetiki. doc.dr. Janez Mravljak, mag.farm.

Transcript

1 SD mimetiki doc.dr. Janez Mravljak, mag.farm.

2 Priporočena literatura Pregledni članek: A. Perdih, S. Pečar: Katalitični antioksidanti kot nove zdravilne učinkovine; farm vestn 2006; 57,

3 Superoksidna dismutaza Funkcija: odstranjuje k ~ M -1 s -1 Edini poznani encim, ki reagira s - 2, kinetično eden najhitrejših encimov v naravi hitrost dismutacije je omejena le z difuzijo. Več oblik encima SD: v aktivnem mestu lahko imajo Cu-Zn, Fe, Mn ali i (prokarionti)

4 Mehanizem delovanja SD SD-katalizirano dismutacijo superoksidnega radikala lahko zapišemo s sledečima polovičnima reakcijama: M (n+1)+ -SD M n+ -SD + 2 k red M n+ -SD M (n+1)+ -SD k ox Kjer je M = Cu (n=1) ; Mn (n=2) ; Fe (n=2) ; i (n=2). V tej reakciji oksidacijsko število kovinskega kationa oscilira med n in n+1. Aktivno mesto encima lahko naenkrat sprejme eno molekulo - 2, zato je produkt encimske redoks reakcije odvisen od oksidacijskega stanja iona kovin prehoda ping-pong mehanizem

5 Lokacija SD oblik v celici CuZn-SD (SD1) Citoplazma, jedro, lizosomi Mn-SD (SD2) Matriks mitohondrijev EC-SD [CuZn] (SD3) Ekstracelularno, celična membrana EC Mn-SD Ekstracelularno, celična membrana Fe-SD samo pri prokariontih

6 Aktivnost izoencimov SD So tkivno specifični. ajvečja encimska aktivnost SD je v jetrih, kjer je obremenitev z radikali zaradi intenzivnega metabolizma visoka. Ekstracelularna aktivnost SD pa je največja v pljučih, kar kaže na njeno fiziološko vlogo v medceličnih prostorih pljuč pri preprečevanju pljučnih obolenj Aktivnost SD se z leti zmanjšuje (naglo po koncu rodne dobe) STARAJE IZJEMA: školjka vrste Arctica islandica doseže v naravi starost 400 let! Aktivnost SD ostane na visokem nivoju celo življenje.

7 Katalitični antioksidanti Širša opredelitev, vključuje tudi mimetike SD Mimetiki SD selektivno oponašajo delovanje SD (nimajo katalazne aktivnosti) uvrščamo jih med umetne encime, saj so nadomestek nativnega encima. Primeren je tudi izraz encimomimetiki (ang. synzymes - sintezni encimi). Prve potencialne učinkovine so v fazah kliničnega testiranja na ljudeh.

8 Katalitični antioksidanti a začetku razvoja so v terapiji poskusili uporabiti kar sam encim ni bilo pričakovanih rezultatov dkrili so več skupin kompleksov, ki vsebujejo ion kovin prehoda, največkrat mangan, koordinativno vezan v različna ciklična ogrodja, in s katerimi oponašajo delovanje encimskih antioksidantov Katalitične antioksidante delimo na selektivne in neselektivne: selektivni so reakcijsko specifični za reakcijo s - 2 v in vitro pogojih. V to skupino uvrščamo makrociklične katalitične antioksidante. Skupino neselektivnih katalitičnih antioksidantov pa predstavljajo saleni, metaloporfirini in nitroksidi.

9 Selektivnost Ker imajo RS in RS pomembno vlogo tudi v nekaterih fizioloških procesih, pri transdukciji signalov redoks signaliziranju, izražanju genov in imunskem odgovoru, je zagotavljanje selektivnosti katalitičnih antioksidantov prav tako nujen pogoj za uspešen nadaljnji razvoj.

10 Skupine učinkovin Makrociklični mimetiki SD Saleni Metaloporfirini itroksidi

11 Makrociklični mimetiki SD Mn Cl Cl Mn Cl Cl Mn Cl Cl Mn Cl Cl Mn Cl Cl

12 Makrociklični mimetiki SD Mn 2+ je koordinativno vezan v center 15-členskega obroča s petimi dušiki (pentaaza makrocikel). Sistem omogoča prenos le enega elektrona v redoks reakciji, zato selektivni za odstranjevanje le 2 -. (Lovljenje - in 2 2 zahteva prenos dveh elektronov.) Spojine z večjim številom substituentov na makrocikličnem obroču so termodinamsko in kinetično stabilnejše. Stereokemija vezave dodatnih obročev vpliva na SD aktivnost.

13 Mehanizem delovanja Manganovi(II) pentaaza-makrociklični SD-mimetični sincimi: Mn(II)-L( 2 ) Mn(III)-L( 2 ) k ox Mn(III)-L( 2 ) Mn(II)-L( 2 ) k red braten mehanizem kot pri SD!

14 M40403 ali SC Cl Mn Cl M40403 ajuspešnejši makrociklični antioksidant, ki je učinkovit pri zdravljenju mnogih patoloških stanj. Ima katalitično aktivnost primerljivo s SD, prehaja celične bariere in ne povzroča imunskih reakcij. Zaključuje II. fazo kliničnih testiranj kot potencialni analgetik - 2 je namreč mediator bolečine na ravni centralnega in perifernega živčevja.

15 Saleni Mn Mn Me Mn Me Cl Cl Cl EUK-8 F EUK-122 F Me Me EUK-124 Mn Cl Me Me EUK-134 Mn Ac Me Me EUK-159 Mn Ac Et Et EUK-189 Saleni so substituirani aromatski, bis(saliciliden)etilendiaminski kovinski kompleksi z Mn 3+.

16 Saleni Lahko odstranjujejo tako 2 - kot tudi 2 2. Reagirajo tudi s - in peroksidi v maščobah. Mangan(III) je v salenovih spojinah koordiniran s 4 aksialnimi ligandi: z dvema kisikovima in dvema dušikovima atomoma. To omogoča tvorbo več valenčnih stanj, ki vsa omogočajo odstranjevanje velikega števila RS/RS. Čeprav imajo le 1 % aktivnosti encima SD, so še vedno učinkoviti pri preprečevanju oksidativnega stresa. Spojina EUK 189 je bila v in vivo študijah učinkovita pri zaščiti mikroglije pred poškodbami z β-amiloidom in je pomemben kandidat za zdravljenje Alzheimerjeve bolezni. Saleni so učinkoviti tudi pri terapiji endotoksičnega šoka in pri različnih kardiovaskularnih zapletih.

17 Metaloporfirini C - Mn 3+ - C Mn 3+ C - Mn 3+ C - AEL AEL AEL Kemijsko jih uvrščamo v skupino mezo-substituriranih protoporfirinov z manganovim Mn 3+ ali železovim Fe 3+ ionom v sredini porfirinskega obroča, ki ga koordinirajo štirje aksialni dušikovi atomi.

18 Metaloporfirini So najbolj raziskovana skupina katalitičnih antioksidantov Lahko odstranjujejo 2 -, 2 2, - in lipidne perokside. Spojine so učinkovite in vivo v primeru mnogih bolezenskih stanj. Ker so inhibitorji lipidne peroksidacije, lahko zaščitno delujejo v primeru endotoksičnega šoka ter akutne odpovedi ledvic. Učinkoviti so v primeru vnetja ter uspešno zavirajo apoptozo. Metalopofirini (spojina AEL 10113) zakasnijo klinično manifestacijo sladkorne bolezni tipa 1. i pomembno le katalitično odstranjevanje radikalov, ampak tudi inhibicija avtoimune reakcije, ki vodi do razvoja sladkorne bolezni. Metaloporfirini preprečujejo aktivacijo T-celic imunskega sistema in so tudi potencialni imunomodulatorji.

19 Mehanizem delovanja Porfirinski kompleksi z manganom: Mn(III)-P Mn(II)-P + 2 k red Mn(II)-P Mn(III)-P k ox Porfirinski kompleksi z železom: Fe(III)-P() Fe(II)-P() k red Fe(II)-P() Fe(II)-P( 2 ) K a -1 Fe(II)-P( 2 ) Fe(III)-P() k ox

20 Vloga reaktivnih zvrsti pri bolečini

21 Analgetiki

22 itroksidi TEMP + + TEMPL itroksidi oz. hidroksilamini (reducirana oblika) vstopajo v enoelektronske redoks reakcije s 2 -. V kliničnem preizkušanju so učinkovine (tempol, tempon) kot antioksidanti za preprečevanje radikalskih poškodb po ishemiji/reperfuziji. 2 2 TEMP

23 Sklep Pomen poznavanja vloge superoksidnega radikala pri nastanku in razvoju bolezenskega procesa ter v procesih signaliziranja. i standardiziranih postopkov za kvantifikacijo količine antioksidantov v in vivo pogojih ter za oceno stopnje oksidativnega stresa. SD mimetiki še vedno v začetnih stopnjah razvoja. Do eliksirja mladosti je še dolga pot!

24 Donorji kot vazodilatatorji in antiaritmiki doc.dr. Janez Mravljak, mag.farm.

25 Literatura Pregledni članek: J. Mravljak, B. Byrne abič, S. Pečar: Dušikov oksid II: biološki učinki in učinkovine, ki sproščajo ; farm vestn 2005; 56, Knjiga: P. G. Wang, T. B. Cai,. Taniguchi: itric xide Donors; Wiley, 2005.

26 Dušikov oksid 2 Razporeditev e - po molekulskih orbitalah pri molekuli

27 ksidacijska stanja dušika +2e +1e +1e +2e +2e e -1e -1e -2e -2e (V) (III) (II) (I) (-I) (-III) itrat itrit Dušikov oksid itroksil idroksilamin t 1/2 = 1-10 s (in vivo) Amonijak

28 dkritje fiziološke vloge The obel Prize in Physiology or Medicine 1998: Robert F. Furchgott, Louis J. Ignarro, Ferid Murad for their discoveries concerning "nitric oxide as a signalling molecule in the cardiovascular system".

29 Alfred obel in Dinamit Angina pektoris vazodilatator (EDRF)

30 Tvorba in vivo sintaza (dimer) s kofaktorji

31 Tvorba in vivo Tri izoformne oblike encima S: Endotelijska S (es) euronalna S (ns) Inducibilna ali inflamatorna S (is)

32 Učinki na kardiovaskularni sistem Levkocit sproščanje citokinov adhezija Trombocit agregacija adhezija sproščanje mediatorjev endotelij vazodilatacija proliferacija migracija Žilne gladko mišične celice

33 Prenos signala z L-Arginin cgmp neodvisni efekti L-citrulin sildenafil GTP topna GC fosfodiesteraza, cgtp 5 -GTP Ionski kanali Proteinske kinaze Fosfodiesteraze Protein Fosforiliran protein ATP ADP Biološki efekt

34 Donorji, ki se uporabljajo v terapiji glicerol trinitrat izosorbid dinitrat 2 a 2 C C Fe C C C natrij ev n itroprusid pentaeritritol tetranitrat

35 Učinkovine, ki se uporabljajo v terapiji dodajajo novorojencem v zrak za inhaliranje pri pljučni hipertentiji Glicerol trinitrat in drugi organski nitrati Uporablja se kot vazodilatator pri stabilni in nestabilni angini pektoris, koronarnem vazospazmu, srčni kapi in pri kronični kongestivni bolezni srca, zdravljenju žolčnih kolik, pri izboljšanju prekrvavitve uterusa pri nosečnicah, ki jim grozi preeklampsija povezana z zmanjšano produkcijo Metabolizira se pod vplivom encima mitohondrijske aldehidne dehidrogenaze (mtad), ki vsebuje sulfhidrilne (-S) skupine v aktivnem mestu, tvorba nitrozotiola kot intermediata sprošča se Pojav tolerance ob dolgotrajni uporabi atrijev nitroprusid: Uporablja se v obliki intravenske infuzije pri hipertenzivni krizi pisani primeri zastrupitve s cianidnimi ioni pri dolgotrajni uporabi Mehanizem sproščanja je kompleksen in še ni v celoti pojasnjen

36 Strukture, ki v in vivo pogojih sproščajo ove učinkovine, ki bi selektivno povečale koncentracije v določenih ciljnih tkivih

37 Diazenijevi diolati (ati) 2 2 DEA/ 2 SPER/ 2 C - a + JS-K PRLI/ V-PY RR/ Diolatna skupina (-)= je pripeta na nukleofil (primarni ali sekundarni amin) In vivo spontano hidrolizirajo in tvorijo 2 eqv. (t 1/2 = s do nekaj h) Preprečujejo trombozo, še niso v klinični uporabi

38 nastanek iz V-PYRR/ v jetrih Pri načrtovanju novih učinkovin izkoriščamo tkivno specifičnost encimov, ki lahko sodelujejo pri pretvorbi predzdravila (vinilni eter) v obliko, ki sprošča.

39 S-itrozotioli S S-nitrozo--valerilpenicilamin S S-nitrozo--acetilpenicilamin S Kompleksna kemija sproščanja ; so tudi donorji nitrozil kationa: + Preprečujejo trombozo So v kliničnih fazah testiranja 2 S-nitrozo-glutation

40 hibridne učinkovine itroaspirini Zmanjšani stranski učinki SAID na želodčno sluznico -Aspirini bi bili tako posebej koristni v prvi fazi infarkta, ko se še ne sprošča iz poškodovanih celic. vpliva na vazodilatacijo koronark in izboljša funkcijo srca, tako da zmanjša kontraktilnost, kar pomeni varčevanje z energijo poškodovanega srca.

41 -hibridne učinkovine 2 ipradilol 2 nitro-pravastatin Cl Cl R 1 R 2 S R S-diklofenak furoksan pripet na 1,4-dihidropiridin Dodatni ugodni učinki ob sprostitvi