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Neste artigo, um estudo de caso de aplicação do REPLACE (substituição por alternativas ligando parciais utilizando computacional enriquecimento) estratégia para converter inibidores peptídicos de interações proteína-proteína em mais moléculas farmacologicamente relevantes é descrito 1-3. Enquanto IBP representam uma fonte rica, mas ainda não devidamente explorado de alvos potenciais da droga, metodologias existentes são largamente insuficientes para fazer estes amplamente acessível. As estratégias atuais, incluindo fragmento baseado projeto 4, de alto throughput screening 5 e 6 peptídeos grampeados ter fornecido avanços, porém estes são, em muitos casos ineficaz. Como resultado, mais progresso e abordagens mais eficazes são necessárias. SUBSTITUIR foi completamente validado no desenvolvimento de inibidores de cinase que têm propriedades semelhantes a fármacos melhoradas e têm potencial para o desenvolvimento como agentes terapêuticos anti-tumorais. Esta estratégia é exemplificada para o desenvolvimento de inibidores não-ATP das célulasCDKs ciclo e envolve os seguintes: 1) a obtenção de informações estruturais 3D sobre as interações de HAKRRLIF / RRLIF com sulco de ligação da ciclina; 2) determinar os determinantes de ligação importantes para a interacção péptido; 3) truncamento do péptido N-terminal contendo um ou mais determinantes de ligação; 4) identificação computacional de alternativas potenciais de pequenas moléculas (ligandos alternativas parciais, Plas) para a parte truncada do péptido e que retêm as interacções chave do peptideo de origem; 5) síntese ou de fonte comercial de Plas previsto para se ligar avidamente com o sub local previamente ocupado pelo resíduo (s) péptido suprimido; 6) síntese de lança através de ligadura dos melhores PLAs ao péptido truncado utilizando síntese de fase sólida; 7) Os testes de flips em uma ligação in vitro ou ensaios funcionais (polarização de fluorescência no contexto / ciclina CDK) seguido por posterior caracterização de um ensaio de viabilidade celular. Uma representação esquemática de REPLACE strategY é mostrado na Figura 1. Neste artigo, iterações da estratégia de substituição são discutidos e a aplicação de CDK2 / ciclina A descrito em detalhe. CDKs são acreditados para ser directa ou indirectamente desreguladas na maioria dos tumores e, portanto, são consideradas alvos de drogas cancerosas apropriado 7. CDKs requerem associação com cyclins para ativação completa e posteriormente fosforilam proteínas-chave envolvidas na regulação do ciclo celular 8. Os dois grandes grupos de CDKs são os isotipos que controlam os pontos de verificação do ciclo celular [G1 / S (CDK4 / ciclina D, CDK6 / ciclina D e CDK4 / ciclina E), fase S (CDK2 / ciclina A) e G2 / M (CDK1 / ciclina B)] e os reguladores de RNA polimerase através de fosforilação (CDK7 / ciclina H, CDK8 / ciclina C, CDK9 / ciclina T). Um passo fundamental na progressão da fase S ocorre quando o factor de transcrição E2F1 forma um complexo com a proteína DP, que, em seguida, liga-se ao ADN e inicia a transcrição do gene. CDK2 / ciclina A é necessária para neutralizar E2F1 transcricionalactividade através da fosforilação conduzindo assim à libertação do complexo de E2F1-DP e sua subsequente degradação. A inibição de CDK2 / ciclina A é acreditado para manter E2F1 no seu estado ligado ADN conduzindo à activação persistente. O nível resultante de E2F-1 atividade irá superar o limiar necessário para induzir a apoptose independente de p53, portanto, sugerindo uma estratégia terapêutica. Devido à p53 desregulado e vias pRb, níveis elevados de E2F-1 que ocorrem frequentemente em células de cancro e inibição de CDK2 / ciclina A deve conduzir à apoptose selectiva em tumores e pode ser considerada como um alvo cancro validado 7.
Clinicamente inibidores de CDK investigados alvo o sítio de ligação ATP altamente conservada levando a atravessar reatividade entre os mais de 500 proteínas cinases na kinome humano e potencialmente dar origem a efeitos colaterais e toxicidade 9. Uma abordagem alternativa é-ATP não inibição competitiva, visando o recrutamento de substrato através da CBGpresente na subunidade reguladora positiva ciclina e que é, portanto, distinta e distante da ATP site de 10,11 vinculativo. O CBG é principalmente uma ranhura hidrófobo presente na ciclina A, ciclina D e ciclina E e foi mostrado para reconhecer uma sequência de consenso encontradas em substratos e supressores tumorais. Como um péptido isolado, a ligação da ciclina motivo (CBM) se liga ao CBG e tem sido demonstrado que inibem a actividade da cinase das CDKs do ciclo celular. O CBM foi optimizado para um octapéptido (HAKRRLIF, CDK2 / ciclina A IC50 de 0,07 ± 0,02 ^ M, CDK4 / ciclina D, IC50 0,88 ± 0,34 uM) e, além disso, truncada para um pentapéptido que representa um bom compromisso entre o peso molecular para a droga semelhança e a potência (RRLIF, CDK2 / ciclina A IC 50 1,01 ± 0,17 ^ M, CDK4 / ciclina D, IC 50 25,12 ± 2,97 uM) 12,13. Os CBGS consistem em um grande primária e secundária bolsa hidrofóbica menores que são colmatadas por um ACIDIc região (inclui Glu220, Glu224 e Asp283). Os principais determinantes de ligação de HAKRRLIF incluem a interacção de Ala2 com bolsa hidrofóbica secundário, de emparelhamento de iões de hidrogénio e ligações de Lys3, Arg Arg5 4 e com a região acídica e um elevado grau de complementaridade das Leu6 e Phe8 com o local primário lipofílico. Além disso, numerosas ligações de hidrogénio são contribuídos a partir do esqueleto do péptido enquanto Ile7 actua como um resíduo espaçador que permite um contacto óptimo com o bolso primário. O modo de ligação e interacções de HAKRRLIF com CBG é mostrado na Figura 2.
A segmentação da interacção proteína-proteína CBM / CBG irá inibir a actividade da quinase de CDK2 / ciclina A, a CDK2 / ciclina E e CDK4 / ciclina D e esta deve desencadear apoptose mediada E2F1 de células cancerosas enquanto as células normais que não afectam 7. Embora CBM péptidos derivados são inibidores eficazes de CDKs do ciclo celular, é improvável que sejam úteis como fármacos, devido à sua metabólicainstabilidade e falta geral de permeabilidade celular. Para este fim, temos aplicado a estratégia REPLACE, a fim de converter esses inibidores peptídicos potentes em mais compostos droga-como para a prossecução do desenvolvimento de terapias anti-tumorais que exploram E2F1 desregulamentado por meio de CDK2 / ciclina A inibição. O protocolo a seguir resume o trabalho que foi concluído na aplicação do REPLACE para a ranhura de ciclina. No primeiro exemplo, foram identificados grupo terminal substituições semelhantes a fármacos para o tetrapéptido N-terminal de HAKRRLIF. Além disso melhorias nestes grupos foram investigados em um estudo de validação adicional para REPLACE. Também são apresentados os resultados obtidos nestes estudos representativos.