Prof. Dr. Esin AKI CADD 3D QSAR > 3D İlaç Tasarımının Uygulanma Yöntemleri

Transkript

1 CADD 3D QSAR > 3D İlaç Tasarımının Uygulanma Yöntemleri

2 MOLEKÜLER ELEKTROSTATİK POTANSİYEL (MEP) HESAPLAMALARI 2 Molekülün belli bir uzaklıkta iken etkileşmesinde ilk önemli etken Elektrostatik Güçlerdir.

3 CADD 3D QSAR > Moleküler Elektrostatik Potansiyel (MEP) Hesaplamaları

4 > HEDEF KAYNAKLI > EFEKTÖR KAYNAKLI > HEDEF VE EFEKTÖR KAYNAKLI CADD 3D QSAR > 3D İlaç Tasarımının Uygulanma Yöntemleri 19 / 57

5 3 BOYUTLU İLAÇ TASARIMI 1) LİGANT YAPISINA DAYALI TASARIM (LIGAND BASED DESIGN) Etki gösteren moleküllerin yapısından reseptör yapısının yorumlanması 2)RESEPTÖR YAPISINA DAYALI TASARIM STRUCTURE (RECEPTOR) BASED DESIGN Bilinen reseptör yapısından hareketle etki gösterebilecek moleküllerin tasarlanması CADD 3D QSAR > 3 Boyutlu İlaç Tasarımı 20 / 57

6 3-D QSAR CADD 3D QSAR > 3 Boyutlu İlaç Tasarımı > Ligant Yapısına Dayalı Tasarım 21 / 57

7 LİGANT YAPISINA DAYALI TASARIM FARMAKOFOR ANALİZİ CADD 3D QSAR > 3 Boyutlu İlaç Tasarımı > Ligant Yapısına Dayalı Tasarım > Farmakofor Analizi

8 FARMAKOFOR ANALİZİ Moleküler uyum (Molecular alignment) > Bilgisayar Programları: SYBYL (dısco) Moleküldeki Belirli Noktaların uyumu (Point-by-point alignment) Aynı ana yapıya sahip bir dizi bileşik için uyum yönteminde moleküllerin ortak sahip oldukları aynı ana yapılar çakıştırılır. CADD 3D QSAR > 3 Boyutlu İlaç Tasarımı > Ligant Yapısına Dayalı Tasarım > Farmakofor Analizi

9 FARMAKOFOR ANALİZİ CADD 3D QSAR > 3 Boyutlu İlaç Tasarımı > Ligant Yapısına Dayalı Tasarım > Farmakofor Analizi 25 / 57

10 FARMAKOFOR ANALİZİ Viyole: Hidrofobik alan Yeşil: Aromatik sistem Kırmızı: Elektronegatif heteroatomlar Pembe: Protone olabilen azot Mavi: Planer halka sistemi (genellikle heterosiklik halka)

11 1) Aynı ana yapıya sahip bir dizi bileşik için uyum yönteminde moleküllerin ortak sahip oldukları aynı ana yapılar çakıştırılır.

12 2) Değişik (diverse compounds) ya da aynı yapıya sahip bir dizi bileşik için uyum yönteminde sabit (rigid) ve aktif olan yapı seçilir. Etkili olan lider bileşiğin önce en düşük enerjili yapısı oluşturulur, sonra diğer bileşiklerin lider bileşik ile çakışabilen konformasyonları bulunarak çakıştırma yapılır.

13 3) Çakıştırmada molekülün çeşitli özelliklerinden de yararlanılabilir. Ör: H-bağı akseptörleri veya H-bağı donörleri, hidrofobik kısım gibi Gri: Halka merkezi Sarı: Hidrojen bağı yapan taraf Mor: Hidrofobik kısım Mavi: Heteroatom

14

15 4) Alanların Uyumu Field Fitting Alignment Reseptörler ilaçları çekici ve itici etkileşme potensiyalleri ile tanımaktadırlar. Bu nedenle etkili olabilecek ilaçların moleküler alanlarında da benzerlik olması gerekmektedir. Ör: Elektrostatik alan Bu yöntem de yapısal benzerliği bulunmayan moleküllere uygulanır. CADD 3D QSAR > 3 Boyutlu İlaç Tasarımı > Ligant Yapısına Dayalı Tasarım > Farmakofor Analizi 29 / 57

16 SEROTONİN ANTAGONİSTLERİNİN FARMAKOFOR ANALİZLERİ > Bu çalışmada 5-HT 2a reseptör antagonistleri kullanılmıştır. > 28 Adet bileşikten hareket edilmiştir. > Bileşikler 4 grupta toplanmıştır: 4-(fenilketo)piperidinler trisiklik bileşikler irindalon bileşikleri butirofenon türevleri

17 SEROTONİN ANTAGONİSTLERİNİN FARMAKOFOR ANALİZLERİ > Bu sette konformasyonu sabit olan bir molekül bulunmamaktadır. > Bazı moleküllerde belirli kısımlarının konformasyonları sabittir. CADD 3D QSAR > 3 Boyutlu İlaç Tasarımı > Ligant Yapısına Dayalı Tasarım > Farmakofor Analizi 31 / 57

18 BİLGİSAYAR ARACILIĞI İLE GEOMETRİK OPTİMİZASYONU GERÇEKLEŞTİRİLEN YAPILARIN GERÇEK KRİSTAL YAPISI İLE KARŞILAŞTIRILMASI Anjiyotensin Dönüştürücü enzim inhibitörü Ramiprilat Kırmızı: Kristal yapı Yeşil: Bilgisayarda geometrik optimizasyonu oluşturulmuş yapı

19 MOLEKÜLLERDEKİ BENZER KISIMLAR CADD 3D QSAR > 3 Boyutlu İlaç Tasarımı > Ligant Yapısına Dayalı Tasarım > Farmakofor Analizi 32 / 57

20 3D-QSAR 3D KANTİTATİF YAPI-ETKİ İLİŞKİLERİ CoMFA ANALİZLERİ Comparative Molecular Field Analysis Karşılaştırmalı Moleküler Alan Analizleri

21 COMPARATIVE MOLECULAR FIELD ANALYSIS KARŞILAŞTIRMALI MOLEKÜLER ALAN ANALİZLERİ CoMFA Analizleri 3D (3 Boyutlu) Kantitatif Yapı-Etki İlişkileri Analizlerini gerçekleştirmek için geliştirilmiştir. CoMFA Analizleri sonucu bilinmeyen hedefin 3-boyutlu haritası çıkarılır Moleküle ait fizikokimyasal ve konformasyonel özellikleri içeren parametreler ile biyolojik etki ilişkiye sokulmaktadır. 3 Boyutlu özellikler XYZ koordinatları ile ilişkili olarak binlerce parametreyi içermektedir.

22 İstatistiksel Yöntem olarak 3-D QSAR Analizlerinde PLS (Partial Least Squares) yöntemi kullanılır -Benzer özellikteki parametreler tek bir vektör haline getirilir, böylece şans korelasyonlarının önüne geçilir -R 2 yerine kros-valide edilmiş Q 2 kullanılır Bilgisayar Programı SYBYL Moleküller üstüste çakıştırılarak Farmakofor Analizi gerçekleştirilir

23 Bu analiz sonucunda araştırılan moleküllerin biyolojik etkiden sorumlu olan yöreleri belirlenerek, bu yöreler bilgisayar ekranında 3-boyutlu alan gösterimleri şeklinde (contour map) ortaya çıkartılır. Örnek: Sterik alanlar, Elektrostatik alanlar Hidrofobik alanlar H-bağı akseptörü H-bağı donörü

24 CoMFA ANALİZLERİ > ÖRNEK Glukoprotein II-b III-a Reseptör Antagonistlerinin Tasarımı > Glukoprotein IIb-IIIa Reseptörleri > Aktive olmuş plateletlerin yüzeyinde yer alan fibrinojenlerin bağlandığı reseptörlerdir. > Fibrinojenin bağlanmasının inhibe edilmesi ile > platelet aggregasyonu inhibe edilir. > miyokardiyal enfarktüs, iskemi atakları, periferik arteriyel hastalıklarla mücadele > Reseptörün yapısı bilinmiyor > Antagonist etkisi bilinen bileşiklerden yola çıkılır. > Antagonist etkisi bilinen 5 bileşik:

25 CoMFA ANALİZLERİ > ÖRNEK 5 Antagonistin Uyum (Alignment) Çalışması Farmakofor Analizi Uyum çalışması yapılan 5 bileşik > Beyaz, Mor, Turuncu, Mavi, Sarı Daha sonra sentezlenen bileşik > Yeşil

26 CoMFA ANALİZLERİ > ÖRNEK Farmakofor Analizi Parametrizasyonu

27 CoMFA ANALİZLERİ > ÖRNEK Farmakofor Analizi Sonucu Yeni Sentezlenen ve Etkisi Saptanan Bileşikler

28 CoMFA ANALİZLERİ > ÖRNEK Yeni Sentezlenen Bileşiklerin CoMFA Analizleri (PLS Analiz Sonucunda cross-validated q 2 =0.637 r 2 =0.993) CoMFA Analizleri ile elde edilen sterik ve elektrostatik alanlar. Sarı (Negatif) > Hacimli Grup (Daha az hacimli grup isteniyor. Mavi > Elektron yoğunluğunun pozitif katkısı. Kırmızı > Reseptör ile amit grubu arasında Elektrostatik Etkileşmenin negatif katkısı.

29 CoMFA ANALİZLERİ > ÖRNEK SONUÇ: CoMFA ANALİZLERİ SONUCUNDA ELDE EDİLEN VERİLERE GÖRE YANDAKİ BİLEŞİKLER SENTEZLENİR: BU BİLEŞİKLER BİR ÖNCEKİ GRUBA GÖRE OLDUKÇA ETKİLİ BULUNURLAR EN ÜMİT VERİCİ OLAN EN SON BİLEŞİK 2 ENANTİOMERİ OLAN SON BİLEŞİĞİN (S) ŞEKLİNİN ETKİLİ OLDUĞU SAPTANIR. KLİNİK ARAŞTIRMALARA SEVKEDİLİR.

30 CoMFA Analizleri Sonucu Bulunan Dopamin (D2) Reseptör Haritası ile Gerçek Reseptör Kıyaslaması Mavi: Pozitif Elektrostatik Alan (istenen) Kırmızı: Pozitif Elektrostatik Alan (istenmeyen) Yeşil: Sarı: Sterik Alan (istenen) Sterik Alan (istenmeyen)

31 CoMFA Analizleri ile elde edilen reseptör haritası ile gerçek Dopamin (D2) reseptörünün kıyaslanması 45 / 57