Fragment-Based方法提高药物发现的效率

确定临床价值的片段的能力是加速药物发现的关键。

药物发现是昂贵和费时的。生产力在药物发现与识别药物类分子的能力,可用于目标临床相关的通路。在过去的两到三年,fragment-based药物发现(FBDD)已成为一个互补的高通量筛选方法(高温超导)方法。FBDD理论概念的基础上使用小块的化学绑定到活动网站的蛋白质碎片目标,作为单独的化学官能团的能量会影响药物及其目标之间的绑定关系。此外,作为一个片段有一个简单的结构,有一个低概率的不受欢迎的交互从一边官能团可以使实际约束力的亲和力。

FBDD也是有利的,因为片段库比高温超导样品化学空间更大,可以定期为优化生产支安打。重要的是,命中率从碎片可以用来评估是否生物目标可能是制药,甚至对于更复杂的目标像protein-DNA交互。在本文中,我们将描述FBDD领域的近期进展。

验证点击从FBDD

高温超导相比,片段亲和力较弱。平衡离解常数措施束缚的倾向药物/目标复杂分离释放药物和目标。对于FBDD,这大约是1毫米到100µM相比,大约100海里为高温超导10µM方法。因此,为了精确测量碎片和目标之间的关联性,敏感的生物物理方法是必需的。一些常见的例子包括表面等离子体共振(SPR),热转移亲和捕获、x射线晶体学、核磁共振(NMR)。

x射线晶体学是一个强大的工具来获取结构的蛋白质,在高分辨率的复合物。由此产生的x射线结构可以用来了解抑制剂的绑定机制到活动网站的目标以及共价键的形成在活跃的网站。经常用于片段识别和验证。使用这种方法,必须结晶碎片来获得他们的绑定机制在高分辨率。

”当谈到选择技术,如x射线晶体学,NMR和SPR FBDD,它是关于了解更重要:绑定或相关性。x射线晶体学,主要优势是可以直接可视化片段与靶蛋白结合位点。没有必要来推断这些信息,尽管它是绑定是否相关的重要问题。同样重要的是要注意,不像像SPR生物物理方法,x射线晶体学不提供信号强度的差异,研究人员使用作为一个代理来衡量强烈与目标相互作用的一个碎片,”说教授弗兰克·冯·代尔夫特牛津大学首席研究员。

“在我看来,有两个主要的挑战为FBDD使用x射线晶体学。首先,它是缺乏系统性的方法获得一致的和高质量的晶体碎片提供可靠的结构信息。第二,它需要计算工具是强大到足以快速而可靠的分析晶体的结构信息。尽管有这些,我是持乐观态度的使用x射线结晶学的FBDD仅仅是因为它能够提供丰富的信息来指导片段研究和修改,“冯·代尔夫特补充道。

根据朱利安博士运动维也纳大学的助理教授,而x射线晶体学仍是最有效的3 d结构说明方法可用,它不是一个可靠的检查方法。在他的研究中,体育发展核磁共振方法来提高药物发现进程。

“核磁共振探针化学空间更大,因为结晶核磁共振不需要定义一个片段是否真正积极的/粘结剂。核磁共振的黄金标准筛选,也可以获得复合物的结构使用这种方法。”

核磁共振是一个高度敏感的技术,可以与不同的结合亲和力识别片段从纳米到毫米范围内,同时还给出了更低的误报率。这是通过测量变化的核磁共振信号片段/配体或目标/蛋白质。而复合混合物可用于筛选,可以确定化合物的数量有限的由于信号重叠。各种同位素可用于核磁共振FBDD,包括fluorine-19和phosphorus-31。然而,传统的核磁共振结构计算方法并不是生产和药物发现时间不能提供及时的信息。

在由运动的一项研究中,托雷斯等人开发了核磁共振分子置换法(NMR2),可以减少所需的时间来生成ligand-protein使用出版结构复杂结构的目标蛋白质和把观察到的核奥佛好塞效应作为一个不重要的约束。该方法首次出版2020年解决复杂的三个片段的衍生品和蛋白质受体PIN1 peptidyl-prolyl独联体/反式异构酶过表达在一些癌症承认phospho-serine / threonine-proline主题为肿瘤起始和发展作出贡献。最近,同一组NMR2方法了解绑定模型适应bromodomains认识BRD4的转译后的修改和TRIM24,蛋白质也参与癌症。

“FBDD提供更好的访问项目的化学空间从一开始就因为碎片是简单和多样化。任何修改开始从一个片段转向一个更复杂的分子减少了化学空间很大。所以,从简单的“块”,可以涵盖的最大可能的化学空间和缩小搜索只有是有意义的。”

运动是希望他的NMR2方法应用到其他目标:“喀斯特是我目前试图与片段药物目标。喀斯特结晶不好,所以x射线晶体学不是有用的在这种情况下,提出了一个大问题。喀斯特也非常动态和灵活的区域(循环)功能起到至关重要的作用。核磁共振是天生更适合学习灵活的受体。我们解决NMR2结构复杂的喀斯特的片段来加速这个肿瘤蛋白药物设计,“体育补充道。

连接片段

找到碎片击中后,碎片可以成长为化合物与更大的力量。这种策略叫做片段增长。创建一个有效的化合物的另一种方法是使用片段合并当片段重叠的结合位点,可以确定通过x射线晶体学。这也可以通过分析碎片的绑定模式的活跃的站点使用核磁共振和分子对接目标。最有力的方法是片段连接,两个或两个以上的片段连接到显著提高约束力的亲和力。例如,连接两个片段和约束力的亲和力在毫米范围内将导致复合纳米范围的亲和力。然而,对于这种方法工作,目标通常有一个相对较大的绑定口袋碎片绑定到不同地区在口袋里。丰富的结构信息来理解分子的相互作用也很重要。

脓肿分枝杆菌(Mab)是一种快速增长的non-tuberculous分枝杆菌(特种加工)和患有囊性纤维化的主要威胁。Phosphoribosylaminoimidazole succinocarboxamide合成酶,或在,是一个重要的酶参与新创嘌呤生物合成的细菌。因为在不同的结构上的差异从人类直接同源,PAICS,抗菌药物发现,这是一个有吸引力的目标。Charoensutthivarakul et al。利用FBDD方法如片段不断增长和片段合并发现一类新的4-amino-6——(pyrazol-4-yl) pyrimidine-based抑制剂。

筛选两个片段库,35片段被确定为支安打,60%的人被发现绑定马伯的三磷酸腺苷(ATP)网站在x射线晶体学。结构信息的指导下,作者利用的添加和删除各种官能团提高约束力的亲和力。重要的是,作者综合片段和合并增长策略使用点击碎片1和2生成两种化合物与更好的结合亲和力50 - 150纳米范围从300 >嗯范围。这种方法强调了整体hit-to-lead FBDD加速的力量在药物发现进程。类似的策略最近使用由史密斯等人发现MRTX1719合成抑制剂来治疗癌症MTAP删除。

”在本文中,我们使用两个片段和合并增长在发展的强有力的抑制剂。这些策略源于内部片段库的筛选以及钻石同步加速器片段库。我们使用这两种结构的数据开发这些抑制剂,屏幕”说安东尼Coyne博士剑桥大学的首席研究员。

“虽然片段越来越是最常见的方法的精化,片段合并之前也被用于药物化学活动。然而,其中的一个关键方面是高质量的结构数据的可用性。在我们的工作在我们能够开发健壮的晶体x射线晶体学和在这个项目我们很幸运来解决三十多结构对我们的策略是非常关键的。我们已经能够开发的高亲和性抑制剂已经被告知通过结构生物学等各种不同的目标RAD51-BRCA2,MurB和TrmD。药物化学和结构生物学之间的交互是所有上面提到的项目的关键,”科因补充道。

前进

FBDD有潜力提高生产率在药物发现中,使更多的药物被批准用于临床病人中获益。然而,片段结合弱目标,不断进步是需要在x射线晶体学、核磁共振等技术提供高分辨率结构信息和分析中的作用。新的化学方法合成、生长、合并和连接片段也将促进更快hit-to-lead优化。FBDD也可以受益于增加兴趣人工智能,使用大型数据集来预测关键属性的碎片和它们的生物活性,甚至创建虚拟碎片可以加速药物发现。