Skip to main content

Odseki

Načrtovanje protirakavih učinkovin

Nacrtovanje katalitičnih zaviralcev človeske DNA topoizomeraze IIα

Rakava obolenja so ena izmed najbolj razširjenih bolezni. Po navedbah Svetovne zdravstvene organizacije (WHO) na leto zaradi rakavih obolenj umre okrog 10 milijonov ljudi, kar predstavlja drugi najpogostejši vzrok smrti.  Človeške DNA topoizomeraze so skupina encimov, ki katalizirajo uvedbo topoloških sprememb v DNA molekulo. Glavna funkcija DNA topoizomeraz tipa II je cepitev in ponovno povezovanje dveh verig dvovijačne DNA molekule. Znani sta dve obliki človeške DNA topoizomeraze II: DNA topoizomeraza IIα in IIβ. Koncentracija DNA topoizomeraze IIα je višja v rakavih celicah kot v normalnih in hitreje sprošča dodatno zvito DNA molekulo, medtem ko te značilnosti ne najdemo pri IIβ obliki. Zato je α oblika človeške DNA topoizomeraze II bolj zanimiva s stališča načrtovanja protirakavih zdravilnih učinkovin.

Slika 1. Tridimenzionalna struktura dimera ATPazne domene encima DNA topoizomeraza IIα 

Trenutno se v klinični praksi uporabljajo zaviralci topoizomeraze II iz razreda topoizomeraznih strupov. Ti stabilizirajo kratkotrajni kovalentni DNA topoizomerazni II kompleks in spremenijo nastali kompleks v močan celični toksin, ki onemogoča normalno delitev celic. Predstavniki te skupine (npr. antraciklini-doksorubicin ali daunorubicin) so uveljavljeni v klinični praksi za zdravljenje različnih oblik raka (npr. rak dojke, trdni tumorji pri otrocih, tumorji mehkih tkiv in limfomi). Čeprav so zelo učinkoviti, izkazujejo tudi hude neželene učinke kot sta kardiotoksičnost in nastanek sekundarnih oblik raka. Ti neželeni učinki so mehanistično povezani z nastankom trajnih dvojnih prelomov DNA molekule (DBS), ki se jim lahko izognemo z novimi kemoterapevtiki. Dodaten razlog za nadaljnji razvoj je tudi odpornost rakavih celic na že znane protirakave učinkovine. V zadnjih letih so zato raziskave osredotočene na drugo skupino t.i.  katalitične zaviralce, ki zavirajo encim po alternativnih poteh, ki ne prizadanejo DNA.

 Izbrane publikacije

  • POGORELČNIK, Barbara, PERDIH, Andrej, ŠOLMAJER, Tomaž. Recent advances in the development of catalytic inhibitors of human DNA topoisomerase IIα as novel anticancer agentsCurr. Med. Chem.201320, 694-709. Link
  • POGORELČNIK, Barbara, PERDIH, Andrej, ŠOLMAJER, Tomaž. Recent developments of DNA poisons - human DNA topoisomerase IIα inhibitors - as anticancer agentsCurr. Pharm. Design201319, 2474-2488. Link

  • BERGANT, Kaja, JANEŽIČ, Matej, PERDIH, Andrej. Bioassays and in silico methods in the identification of human DNA topoisomerase IIα inhibitors. Curr. Med. Chem.201825, 3284-3316. Link

S pomočjo dostopnih strukturnih podatkov o strukturi ATPazne domene človeške DNA topoizomeraze IIα načrtujemo nove katalitične inhibitorje, ki bi se vezali v ATP vezavno mesto na N-terminalni ATPazni domeni encima in tako preprečili iniciacijo katalitičnega cikla.

Slika 2. Prikaz načrtovanja katalitičnih zaviralcev, ki bi se vezali v ATP vezavno mesto na N-terminalni ATPazni domeni zopo IIα in tako preprečili iniciacijo katalitičnega cikla.

Pri raziskavah zaviralcev uporabljamo paradigmo cikličnega načrtovanja učinkovin. Najprej uporabimo računalniško podprte metode načrtovanja npr. molekulsko sidranje, farmakoforno modeliranje ter metode molekulskih simulacij. Izbrane spojine ovrednotimo v biokemijskih testih, ki ovrednotijo sposobnost zaviranja encima kot tudi sam mehanizem zaviranja. Biofizikalne študije izvajamo s pomočjo metod površinske plazmonske resonance (SPR) in mikrotermoforeze (MST). V sodelovanju z eksperimentalnimi partnerji določujemo tudi citotoksičnost spojin na rakavih celičnih linijah in s tem ovrednotimo potencialno protirakavo delovanje spojin na celičnem nivoju. Vsi te podatke nato uporabimo v novem ciklu načrtovanja.

 

Slika 3. Shematski prikaz korakov načrtovanja novih katalitičnih inhibitorjev encima topoizomeraza IIα

Naše raziskave novih katalitičnih zaviralcev človeške topoizomeraze IIα

BERGANT LOBODA, Kaja, JANEŽIČ, Matej, ŠTAMPAR, Martina, ŽEGURA, Bojana, FILIPIČ, Metka, PERDIH, Andrej. Substituted 4,5'-bithiazoles as catalytic inhibitors of human DNA topoisomerase IIαJournal of chemical information and modeling. 2020, 60, 3662-3678. Link,  EP Patent Application   

JANEŽIČ, Matej, VALJAVEC, Katja, BERGANT LOBODA, Kaja, HERLAH, Barbara, OGRIS, Iza, KOZOROG, Mirijam, PODOBNIK, Marjetka, GOLIČ GRDADOLNIK, Simona, WOLBER, Gerhard, PERDIH, Andrej. Dynophore-based approach in virtual screening : a case of human DNA topoisomerase IIα. International journal of molecular sciences 2021, 22(24), 13474. Full text

BERGANT LOBODA, Kaja, VALJAVEC, Katja, ŠTAMPAR, Martina, WOLBER, Gerhard, ŽEGURA, Bojana, FILIPIČ, Metka, SOLLNER DOLENC, Marija, PERDIH, Andrej. Design and synthesis of 3,5-substituted 1,2,4-oxadiazoles as catalytic inhibitors of human DNA topoisomerase IIα. Bioorganic chemistry2020, 99, 103828. Link

BERGANT  Kaja, JANEŽIČ Matej, VALJAVEC Katja, SOSIČ Izidor, PAJK Stane, ŠTAMBAR Martina, ŽEGURA Bojana, GOBEC Stanislav, FILIPIČ Metka, PERDIH Aandrej. Structure-guided optimization of 4,6-substituted-1,3,5-triazin-2(1H)-ones as catalytic inhibitors of human DNA topoisomerase IIαEuropean Journal of Medicinal Chemistry2019, 175, 330-348. Link

POGORELČNIK, Barbara, BRVAR, Matjaž, ŽEGURA, Bojana, FILIPIČ, Metka, ŠOLMAJER, Tomaž, PERDIH, Andrej. Discovery of mono and bi-substituted 1H-Pyrazolo[3,4]Pyrimidines and 9H-Purines As Catalytic Inhibitors of Human DNA Topoisomerase IIα. ChemMedChem2015, 10, 345-359. Link

POGORELČNIK, Barbara, JANEŽIČ, Matej, SOSIČ, Izidor, GOBEC, Stanislav, ŠOLMAJER, Tomaž, PERDIH, Andrej. 4,6- substituted-1,3, 5-triazin-2(1H)-ones as monocyclic catalytic inhibitors of human DNA topoisomerase IIα targeting the ATP binding siteBioorganic & Medicinal Chemistry2015, 234218-4229. Link

POGORELČNIK, Barbara, BRVAR, Matjaž, ZAJC, Irena, FILIPIČ, Metka, ŠOLMAJER, Tomaž, PERDIH, Andrej. Monocyclic 4-amino-6-(phenylamino)-1,3, 5-triazines as inhibitors of human DNA topoisomerase IIαBioorganic & Medicinal Chemistry Letters2014, 24, 5762-5768. Link

JANEŽIČ, Matej, POGORELČNIK, Barbara, BRVAR, Matjaž, ŠOLMAJER, Tomaž, PERDIH, Andrej. 3-substituted-1H-indazoles as catalytic inhibitors of the human DNA topoisomerase IIα. ChemistrySelect2017, 2, 480-488. Link

Za slepe in slabovidne(CTRL+F2)
barva kontrasta
velikost besedila
označitev vsebine
povečava