Introdução à Química Introdução à Química Farmacêutica & MedicinalFarmacêutica & Medicinal

Parte 4Parte 4

Introdução à Química Introdução à Química Farmacêutica & MedicinalFarmacêutica & Medicinal

Parte 4Parte 4

Eliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. Barreiro

http://www.farmacia.ufrj.br/lassbioLaboratório de Avaliação e Síntese de Substâncias Bioativas

Programa de Desenvolvimento de Fármacos - ICB

Eliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. BarreiroEliezer J. Barreiro

eliezer 2011

•• São inúmeras as técnicas de desenho São inúmeras as técnicas de desenho São inúmeras as técnicas de desenho São inúmeras as técnicas de desenho São inúmeras as técnicas de desenho São inúmeras as técnicas de desenho São inúmeras as técnicas de desenho São inúmeras as técnicas de desenho molecular ou planejamento estrutural molecular ou planejamento estrutural molecular ou planejamento estrutural molecular ou planejamento estrutural molecular ou planejamento estrutural molecular ou planejamento estrutural molecular ou planejamento estrutural molecular ou planejamento estrutural da Química Medicinal, que podem ser da Química Medicinal, que podem ser da Química Medicinal, que podem ser da Química Medicinal, que podem ser da Química Medicinal, que podem ser da Química Medicinal, que podem ser da Química Medicinal, que podem ser da Química Medicinal, que podem ser

empregadas , separadamente ou empregadas , separadamente ou empregadas , separadamente ou empregadas , separadamente ou empregadas , separadamente ou empregadas , separadamente ou empregadas , separadamente ou empregadas , separadamente ou combinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construir--------se se se se se se se se combinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construircombinadas, para construir--------se se se se se se se se

inúmeros inúmeros inúmeros inúmeros inúmeros inúmeros inúmeros inúmeros quimiotiposquimiotiposquimiotiposquimiotiposquimiotiposquimiotiposquimiotiposquimiotipos de distintas de distintas de distintas de distintas de distintas de distintas de distintas de distintas características estruturais, visando características estruturais, visando características estruturais, visando características estruturais, visando características estruturais, visando características estruturais, visando características estruturais, visando características estruturais, visando

novos compostosnovos compostosnovos compostosnovos compostosnovos compostosnovos compostosnovos compostosnovos compostos--------protótipos, protótipos, protótipos, protótipos, protótipos, protótipos, protótipos, protótipos, candidatos a novos fármacos.candidatos a novos fármacos.candidatos a novos fármacos.candidatos a novos fármacos.candidatos a novos fármacos.candidatos a novos fármacos.candidatos a novos fármacos.candidatos a novos fármacos.

eliezer 2011

eliezer 2011

hit/ligante

validação precoce do

alvo-terapêuticoeliezer 2011

eliezer 2011

MechanismMechanism--based drug discoverybased drug discovery

eliezer 2011

macrobiomoléculamacrobiomolécula

baseado no sítio debaseado no sítio dereconhecimento reconhecimento

PlanejamentoPlanejamentoracionalracional

baseado no ligantebaseado no ligante/ análogo/ análogo--ativoativo

micromoléculamicromolécula

racionalracional

C. Robin Ganellin, Drug Discovery Today 2004, 9, 158

eliezer 2011

eliezer 2011

CH3

A invenção do propranolol

Sir Sir James W. Black James W. Black ((1924-2010)

Premio Nobel 1988

O NH

CH3

OH

ICI, Inglaterra (1965)Propranolol (InderalR)

eliezer 2011

J. Black et al., Br. J. Pharmacol. Chmother. 1965, 25, 577

O NH

CH3

CH3

propranolol1964

OH

A invenção do propranolol

James W. Black, 1988 - "Pronethalol always seemed to us to be a prototype drug, good enough to answer questions of principle, but not good enough to be marketable"

HO

HO

HN

CH3

OH

R

adrenalina

HO

HO

HN

OH

CH3

CH3

isoprenalina / isoproterenol

Cl

Cl

HN

OH

CH3

CH3

1958 - DCI

-bloquedor

pilocarpinapilocarpina

eliezer 2011

Centro estereogênico

Eutômero

Distômero

Índice eudísmicoÍndice eudísmico

eliezer 2011

O NH

CH3

CH3

OH

ab

HH

H

propranololpropranololN

H H

OHH

O

H

a

ProjeçãoProjeção de Newmande Newman

eliezer 2011

eliezer 2011

N

HN CH3

SN

N

NCH3

CN

H H

eliezer 2011

Abordagem FisiológicaAbordagem Fisiológicaeleição do alvoeleição do alvo

série congêneresérie congênereidentificação do protótipoidentificação do protótipootimização do protótipootimização do protótipo(PD/PK & PPh)(PD/PK & PPh)

[R [R GanellinGanellin & W Duncan,& W Duncan, NatureNature 20102010, , 464464, 1292], 1292]

N

HN CH3

SN

N

NCH3

CN

H H

NO

O

nitro

H2N

NH

NH2HN NH2

δδ

PropriedadesPropriedadesestruturaisestruturais

Abordagem FisiológicaAbordagem Fisiológica

InteraçõesInteraçõesfrágeisfrágeis

H2N

O

NH2

uréia

H2N NH2

amidinaN

N NH2

NH

N NH2

histamina Fragmentos molecularesFragmentos moleculares

Agonista naturalAgonista naturalAnálogo ativoAnálogo ativo

RetroRetro--dissecaçãodissecaçãomolecularmolecular

CC1010HH1616NN66SSPM: 252,1PM: 252,1

tautomêrostautomêros

uréiauréia

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Fármacos que atuam em GPCR

eliezer 2011

eliezer 2011

Química CombinatóriaQuímica Combinatória

A pesquisa de novos fármacos na indústria farmacêuticaA pesquisa de novos fármacos na indústria farmacêutica

tem estratégias distintas daquelas das Universidades.tem estratégias distintas daquelas das Universidades.tem estratégias distintas daquelas das Universidades.tem estratégias distintas daquelas das Universidades.

EstratégiasEstratégias hifenadashifenadas industriaisindustriais: e.g. : e.g. CombChemCombChem--HTSHTSeliezer 2011

Confirmação Confirmação Confirmação Confirmação Confirmação Confirmação Confirmação Confirmação do hitdo hitdo hitdo hitdo hitdo hitdo hitdo hit

Otimização Otimização Otimização Otimização Otimização Otimização Otimização Otimização do hitdo hitdo hitdo hitdo hitdo hitdo hitdo hit

IdentificaçãoIdentificaçãoIdentificaçãoIdentificaçãoIdentificaçãoIdentificaçãoIdentificaçãoIdentificaçãodo do do do do do do do

Validação Validação Validação Validação Validação Validação Validação Validação do hitdo hitdo hitdo hitdo hitdo hitdo hitdo hitIn In vitrovitro

Falsos positivos / negativosFalsos positivos / negativos

Seletividade X promiscuidade (!?)Seletividade X promiscuidade (!?)

Corte de potência (10 Corte de potência (10 µµM ?)M ?)

BioensaiosBioensaios de toxidez (+)de toxidez (+)

HH22LL

Re-ensaios Química Medicinal

Estratégias industriais de descoberta de fármacos

do do do do do do do do protótipoprotótipoprotótipoprotótipoprotótipoprotótipoprotótipoprotótipo

OtimizaçãoOtimizaçãoOtimizaçãoOtimizaçãoOtimizaçãoOtimizaçãoOtimizaçãoOtimizaçãodo do do do do do do do

protótipoprotótipoprotótipoprotótipoprotótipoprotótipoprotótipoprotótipo In vivoIn vivo

•• QuimiotecasQuimiotecas (comerciais)(comerciais)

•• Química combinatóriaQuímica combinatória

•• DockingDocking molecularmolecular

•• Fragmentos molecularesFragmentos moleculares

•• BióforosBióforos selecionadosselecionados

(Técnicas industriais)(Técnicas industriais)

•• Estratégias Estratégias

da química medicinalda química medicinal

•• PD / PKPD / PK

LOLO

HTS [HTS [uu--HTSHTS] ]

HTS = HTS = HighHigh--throughputthroughput screeningscreening / 100.000 compostos/dia/ 100.000 compostos/dia

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‘‘Combinatorial chemistry has certainly failed ‘‘Combinatorial chemistry has certainly failed

to meet early expectations. Does this mean the to meet early expectations. Does this mean the

technology has failed? Or does the problem lie technology has failed? Or does the problem lie

in the manner in which the technology hasin the manner in which the technology has

been applied?’’been applied?’’

M. Ashton & B. M. Ashton & B. MoloneyMoloney, , CurrCurr. Drug Discovery. Drug Discovery, 2003, , 2003, 88, , 99––1111

eliezer 2011

Estratégias Estratégias hifenadashifenadas que antecipem ADMET = que antecipem ADMET = PKPK--ToxTox& paradigma de C. & paradigma de C. LipinskiLipinski (regra dos 5)(regra dos 5)

eliezer 2011

Inibição alostérica (>1992)CCR5 farmacóforo

PostPost--hochoc

MaravirocMaraviroc

DA Price et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006, 16, 4633

(2007 [US] / 2009 [BR])(2007 [US] / 2009 [BR])

eliezer 2011

eliezer 2011

CCR5 CCR5 GPCR GPCR PTNPTNquimiocinaquimiocina

rhodopsinarhodopsina

HTSHTS

AS de Miranda, CM Avila, FC da Silva, RO Lopes, Rev. Virtual Quim., 2010, 2 (2), 130

quimiotecasquimiotecas

AfinidadeAfinidade CCR5CCR5

hERGhERG--K+ (396nM)K+ (396nM)

CYP450 (2D6) 40nMCYP450 (2D6) 40nM

UKUK--107543107543

eliezer 2011

eliezer 2011

cLogcLog PP

RestriçãoRestrição conformacionalconformacional

NN

N

NN

N

N

N

NN

N

N

N

AAV = 8 nM AAV = >100 nM

AAV = 29 nM AAV = 1 nM (tóxico)

eliezer 2011

NHN

O

N N

N

CH3

CH3

H3C

R

eliezer 2011

eliezer 2011

LD2DD = LD2DD = ligandligand design to drug designdesign to drug design

eliezer 2011

eliezer 2011

A A visualizaçãovisualização das das biomacromoléculasbiomacromoléculas variavaria segundosegundo cadacada interface interface gráficagráfica

31

eliezer 2011

As cores As cores adotadasadotadas sãosão

convençõesconvenções queque indicamindicam

propriedadespropriedades estruturaisestruturais

32

eliezer 2011

O

O

O

S

O

OHN

CH3

eliezer 2011

��DOWNLOADDOWNLOAD DA DA ESTRUTURA PROTÉICAESTRUTURA PROTÉICA�� elaboraçãoelaboração do do modelomodelo

PROTEIN DATA BANK (PDB)

CONSTRUÇÃOCONSTRUÇÃODOSDOS

LIGANTESLIGANTES

Análise conformacional

(método semi-empírico AM1)

Metodologia: Estudos de Metodologia: Estudos de dockingdocking

SELEÇÃO DASELEÇÃO DAESTRUTURAESTRUTURA

DE REFERÊNCIADE REFERÊNCIA

ANCORAMENTO DOSANCORAMENTO DOSLIGANTES NO SÍTIOLIGANTES NO SÍTIO

DETERMINAÇÃO DA ENERGIA LIVREDETERMINAÇÃO DA ENERGIA LIVREDE LIGAÇÃO TEÓRICA (DE LIGAÇÃO TEÓRICA (∆∆∆∆∆∆∆∆GGligaçãoligação))

DETERMINAÇÃODETERMINAÇÃODOS PONTOS DEDOS PONTOS DE

LIGAÇÃOLIGAÇÃO

Sybyl, Version 8.0, Tripos Associates: St. Louis, MO, 2007 (Licença # 7512)

Spartan Pro; Wavefunction, Inc. 18401 Von Karman Avenue, Suite 370. Irvine, California 92612, USA (Licença # 1-001259 )

FlexX

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AplicaçãoAplicação

Avila, C.M.; Romeiro, N.C. Revista Virtual de Química 2010, 2, 000

Modos de ligação do imatinibe com a ABL. Os átomos de hidrogênio foram eliminados para facilitar a visualização. Ligações-H estão representadas por linhas pontilhadas verdes.

eliezer 2011

Phe359

His361

Asp381

Phe382

Tyr253

Glu286

Met290

Thr315

Phe317

Ile313

Estrutura do imatinibe complexado no domínio da h-ABL-K (código no PDB: 2HYY; Resolução= 2,4 Å) obtida por ancoramento molecular com o programa FlexX (licença # 7512)..

Valor de energia livre de ligação teórica (∆Glig) de -35,751 kJ/mol.

eliezer 2011

O desenho de moléculas para fármacosO desenho de moléculas para fármacosé um processo complexoé um processo complexo

eliezer 2011

eliezer 2011

A escolha do alvoA escolha do alvo--terapêutico é etapa crucialterapêutico é etapa crucial

...e depende da ...e depende da fisopatologiafisopatologia

eliezer 2011

QuímicaQuímica MedicinalMedicinalFarmacologiaFarmacologia

eliezer 2011

indomethacinindomethacin

CAS 53CAS 53--8686--11

CC1919HH1616ClNOClNO44 Charles A. Winter & T. Y. Charles A. Winter & T. Y. ShenShenMerck Research LaboratoriesMerck Research Laboratories

22--{1{1--[(4[(4--chlorophenyl)carbonyl]chlorophenyl)carbonyl]--55--methoxymethoxy--22--methylmethyl--11HH--indolindol--33--yl}acetic acidyl}acetic acid

SH Ferreira, S SH Ferreira, S SH Ferreira, S SH Ferreira, S MoncadaMoncadaMoncadaMoncada, JR Vane ", JR Vane ", JR Vane ", JR Vane "IndomethacinIndomethacinIndomethacinIndomethacin and aspirin abolish prostaglandin release from the spleen". and aspirin abolish prostaglandin release from the spleen". and aspirin abolish prostaglandin release from the spleen". and aspirin abolish prostaglandin release from the spleen". Nat New Nat New Nat New Nat New BiolBiolBiolBiol 1971, 1971, 1971, 1971, 231231231231 , 237, 237, 237, 237

1 9 6 3 1 9 6 3

PropriedadesPropriedades similaressimilares & & similaridadesimilaridade molecularmoleculareliezer 2011

N

NO

OH3C

H

N

NO

OHH3C

fenilbutazona

H-ácido

equilibrioceto-enólico

enolceto

ceto

piroxicam

N

NHO

OH3C

O O

OCH2CH3H3CH2CO

H H

1,3-dicarbonilado

enol

malonato de dietilaacetoacetato de alquila

(síntese malônica)

eliezer 2011

piroxicam

eliezer 2011

H3CO

CH3

OOH

H3COO

nabumetona ácido naftilacético

CYP450

in vivo

H3CO

CH3

O

OHHH3CO

CH3

O

OH

H

[O]CYP450 CYP450[O]

eliezer 2011

Parâmetros cinéticos e de Inibição PGHS-1 PGHS-2

Km ácido araquidônico 5,6 µM 5.4 µMAtividade ciclooxigenase 34 nM AA/min /mg proteína 39 nM AA/min /mg proteínaAtividade peroxidase 31 nM H2O2/min /mg proteína 30 nM H2O2/min /mg proteínaAcetilação pelo AAS Ser 530 Ser 516Efeito do AAS (COX) Inibida Não afetada

Parâmetros cinéticos e de Inibição PGHS-1 PGHS-2

Km ácido araquidônico 5,6 µM 5.4 µMAtividade ciclooxigenase 34 nM AA/min /mg proteína 39 nM AA/min /mg proteínaAtividade peroxidase 31 nM H2O2/min /mg proteína 30 nM H2O2/min /mg proteínaAcetilação pelo AAS Ser 530 Ser 516Efeito do AAS (COX) Inibida Não afetada

Parâmetros Regulação Genética PGHS-1 PGHS-2Parâmetros Regulação Genética PGHS-1 PGHS-2

Regulação Constitutiva InduzidaTempo p/ ativação 24h 0,5-4 hEfeito de Glicocorticóide pouco ou nenhum Inibe a expressãoHomologia 60% idêntica a PGHS-2 60% idêntica a PGHS-1

75% similar a PGHS-2 75% similar a PGHS-1Tamanho relativo do Sítio ativo < PGHS-2 > PGHS-1N° de Resíduos de aa 599 604Resíduo de AA-523 Isoleucina Valina

CH3

H2N

O

OH

H3CCH3

H2N

O

OH

CH3

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Coxibes

1999 1999 –– lançamentolançamento

09/2004 09/2004 –– retirado*retirado*

((APPROVeAPPROVe testtest))

2004 2004 -- US$ 2.5 US$ 2.5 bilionbilion

* P. Juni * P. Juni et alet al., “Risk of cardiovascular events and rofecoxib:cumulative meta., “Risk of cardiovascular events and rofecoxib:cumulative meta--analysis”, analysis”, LancetLancet 2004, 2004, 364364, 2021, 2021

Deracoxib* (DeramaxxDeracoxib* (DeramaxxRR))

Cimicoxib, TiracoxibCimicoxib, Tiracoxib

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