Gyógyhatású szénhidrátok – a véralvadástól a géncsendesítésig Ezerarcú szénhidrátok Az MTA Kémiai Tudományok Osztályának tudományos ülése Gyógyhatású szénhidrátok – a véralvadástól a géncsendesítésig Borbás Anikó Debreceni Egyetem, Gyógyszerésztudományi Kar, Gyógyszerészi Kémia Tanszék Magyar Tudományos Akadémia, Budapest, 2014. november 5. 1

A szénhidrátok biológiai szerepe Szénhidrát-fehérje kölcsönhatások: Gyulladások Rákos sejtek migrációja Angiogenezis Véralvadás szabályozása Bakteriális fertőzések Virális fertőzések

A szénhidrátok gyógyászati potenciálja Óriási és kiaknázatlan Okok: 1. Regio- és sztereoszelektív glikozilezés (automatizált szintézis?) 2. Glikozidos kötés in vivo instabilitása 3. Kis energiájú kölcsönhatások Megoldások: 1. Multivalencia hatás 2. Hidrolitikusan stabil glikomimetikumok: S- és C-glikozidok 3. Erős kölcsönhatások keresése

Heparin-típusú véralvadásgátlók Heparin: uronsav-tartalmú, szulfatált poliszacharid Ionos kölcsönhatás ~100 fehérjével Klinikai véralvadásgátló 1937 óta (33 tonna, 500millió adag/év)

Hatásmechanizmus antitrombin: szerin-proteáz gátló templátgátlás (hármas komplex) Hosszú heparinlánc (>18 monomer) antitrombin: szerin-proteáz gátló kis aktivitású endogén inhibitor trombin és Xa faktor: A véralvadási kaszkád enzimjei (Szerin-proteázok) heparin: az antitrombin alloszterikus aktivátora minimális aktív egység: pentaszacharid (DEFGH) heparinkötő hely aktív hely Frakcionált heparin

Szintetikus heparin pentaszacharid D E F G H Arixtra® (2001): szintetikus oligoszacharid gyógyszer Szelektív Xa-gátló Kevesebb mellékhatás, tartósabb hatás Új pentaszacharidok kutatása: hosszabb felezési idő, nagyobb aktivitás 1. C.A.A. van Boeckel, M. Petitou; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 1671. 2. K.A. Bauer, et al. Cardiovasc. Drug Rev. 2002, 20, 37. 3.  C.-H. Chang et al. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2014, 53, 9876

Szénhidrát-szulfonsavak LIPTÁK ANDRÁS (1935. november 6. - 2012. június 11.)

Cél: új antikoagulánsok Vezérmolekula: idraparinux* Szulfátészter izoszter helyettesítése → szulfonsavmetil csoport → nagyobb stabilitás, nagyobb aktivitás * P. Westerduin et al. Bioorg. Med. Chem. 1994, 11, 1267.

Szénhidrát-szulfonsavak szintézise Szulfonsavmetil-csoport szénhidrát-vázon? NaHSO3 addíció C-C kettőskötésre (primer, szekunder helyzet) szulfonsav-észterek: kiváló glikozil akceptorok glikozilezés uronsavakkal → di-, triszacharidok C2, C3-exometilén: sztereoszelektív szulfitaddíció 1. M. Herczeg et al. Org. Lett. 2009, 12, 2619. 2. L. Lázár, et al. Tetrahedron Lett. 2010, 51, 6711. 3. M. Herczeg et al. Carbohydr. Res. 2011, 346, 1827. 4. L. Lázár et al. Tetrahedron, 2012, 68, 7386.

Pentaszacharid-szulfonsavak NaHSO3 addíció tioglikozidon 2. Horner-Wadsworth-Emmons olefináció tioglikozidokon aktivitás Nagyobb mennyiség! Új szulfonsavak! M. Herczeg, L. Lázár, Zs. Bereczky, K. E. Kövér, I. Timári, J. Kappelmayer, A. Lipták, S. Antus, A. Borbás, Chem. Eur. J. 2012, 18, 10643.

Méretnövelés 10-20 g Nukleofil szubsztitúció NaHSO3 addíció C-C kettőskötésre (primer, szekunder helyzet) Horner-Wadsworth-Emmons olefináció (primer, szekunder helyzet, tioglikozid) Nukleofil szubsztitúció feltétel: a-tiocsoport vagy rögzített konformáció 10-20 g M. Herczeg et al. Eur. J. Org. Chem. 2013, 12, 5570. E. Mező et al. Carbohydr. Res. 2014, 388, 19.

Pentaszacharidok moduláris szintézise Öt pentaszachrid mono-, di-, triszulfonsav (2 + 2) Idraparinux: R1=R2=R3=OSO3Na 1. M. Herczeg et al. Tetrahedron, 2013, 69, 3149. 2. E. Mező et al. Carbohydr. Res. 2014, 388, 19. 3. M. Herczeg et al. Tetrahedron, 2014, 70, 2919.

Antikoaguláns aktivitás Anti-Xa aktivitás (U/mg) 2153±153 384±139 Arixtra: 1195±189 M. Herczeg, L. Lázár, Zs. Bereczky, K. E. Kövér, I. Timári, J. Kappelmayer, A. Lipták, S. Antus, A. Borbás, Chem. Eur. J. 2012, 18, 10643.

Szerkezet-hatás összefüggések NMR-NOE mérések → molekuladinamikai számítások szabad állapotú diszulfonsav oldatfázisú szerkezete AT-hoz kötött diszulfonsav oldatfázisú szerkezete

zöld: szabad; kék: AT-hoz kötött Egy kiváló antikoaguláns térszerkezete zöld: szabad; kék: AT-hoz kötött Pentaszacharid-triszulfonsav térszerkezete?

zöld: szabad; kék: AT-hoz kötött A triszulfonsav térszerkezetei Szignifikáns különbség a szabad és AT-kötött forma között zöld: szabad; kék: AT-hoz kötött

A di- és triszulfonsav térszerkezetei

Stabil glikomimetikumok szintézise S-kötésű diszacharidok és glikokonjugátumok tio-akceptor glikozilezése SN2-reakciók 1-tioaldózzal 1-tiolátok Michael addíciója cukor enonokra tiolok Ferrier reakciója glikálokkal anhidro cukrok gyűrűnyitása 1-tioaldóz nukleofilekkel tiolok gyökös addíciója alkénekre („tio-click” / tio-katt reakció - fotokatalitikus) 1. T. Posner, Chem. Ber. 1905,38, 646 2. C. E. Hoyle, T. Y. Lee, T. Roper, J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2004, 42, 5301 3. A. Dondoni, Angew, Chem. Int. Ed. 2008, 47, 8995

Tioladdíció szénhidrátvázon Alkén partner: glikálok, Ferrier-glikálok regio- és sztereoszelektív nem függ a cukorkonfigurációtól diszacharidok, glikoproteinek, glikolopidek stabil S-analógjai L. Lázár, M. Csávás, M. Herczeg, P. Herczegh, A. Borbás, Org. Lett. 2012, 14, 4650.

Tioladdíció 2-acetoxi-glikálon ~60-100% konverzió Rekcióközeg: toluol / MeOH / oldószerelegy 1. L. Lázár et al. Org. Lett. 2012, 14, 4650. 2. L. Lázár et al. Org. Biomol. Chem. 2013, 11, 5339.

Humán immundeficiencia vírus Multivalens szénhidrátligandumok HIV gp120 dokkoló glikoprotein multivalens kötődés a-(1-2)-kötésű mannobiozidok multivalens ligandumok bioaktív rész: tioladdíció Ferrier-glikálon Humán immundeficiencia vírus (HIV) HIV-fertőzés: gp120 kötődése a dendritikus sejtek mannóz-kötő lektinjéhez potenciális HIV-ellenes terápia: mannóz kötő lektinek blokkolása multivalens ligandumokkal 1. S. Sattin et al. Acs. Chem. Biol. 2010, 5, 301 2. M. Thépaut et al. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2518

Mannobozid mimetikum konjugálásra alkalmas mannobiozid : 6 lépés (hagyományos szintézis: ~15-20 lépés!)

Önszerveződő mannobiozid ligandum Aggregáció (~100 nm) lektin-kötődés 1. Sz. Tollas et al. Eur. J. Med. Chem. 2012, 54, 943. 2. M. Csávás et al. Tetrahedron Lett. 2014,

Tioladdíció nukleozidon Nukleozid- és nukleotid analóg gyógyszerek Antivirális (pl. zidovudin, didanozin, stavudin, aciklovir, penciklovir, lamivudin, entekavir) Daganatellenes (pl. citarabin, gemcitabin) Immunstimuláns (inozin, pranobex) Géncsendesítésben alkalmazott (pegaptanib) Sztereoszelektív tioladdíció → Új nukleozidszármzékok

Cél: peptid-nukleinsavak szintézise peptidszintézis peptid-nukleinsav géncsendesítés

Ciszteinil-uridin monomer ~ 1: 1 D-ribo : L-lixo Szilárd fázis

Szilárd fázisú peptidszintézis Fmoc hasítás Peptidkötés 4 ciklus Wang gyanta c) CF3COOH

Sáfárkodás a tálentumokkal TÁMOP 4.2.1/B-09/1/KONV-2010-0007 OTKA K 105459 (E. Kövér Katalin) OTKA K 109208 TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 (Nemzeti Kiválóság Program)

Amiben nem szűkölködünk Eszenyi Dániel, Bálega Tamás, Bege Miklós, Prof. Herczegh Pál, Nagy László Zsolt, dr. Csávás Magdolna, Varga Mariann,Tollas Szilvia, Demeter Fruzsina, Kicsák Máté, Molnár József Dénes Rőth Józsefné, dr. Bereczki Ilona, dr. Herczeg Mihály, Mező Erika Amiben nem szűkölködünk Hadházi Ádám, Demeter Tamás, Varga Eszter, Szilágyi Eszter, Zsíros Zita, Pénzes András, Varga Szabolcs, Nábrádi Péter, Vitár Zsófia, Molnár Nikolett, Debreczeni Nóra, Szűcs Zsolt, Sónyák Ádám …

Köszönetnyilvánítás Prof. Lipták András Prof. Antus Sándor Prof. Somsák László Dr. Tóth Marietta Dr. Juhász László Prof. Kéki Sándor Dr. Kiss-Szikszai Attila Dr. Bényei Attila Dr. Pénzes-Daku Krisztina (DE, ÁOK) Prof. Kappelmayer János (DE, ÁOK) Dr. Bereczky Zsuzsanna (DE, ÁOK) Dr. Lenka Malinovska, Brno (mannóz-kötő lektinek) Prof. Lieve Naesens, Leuven (antivirális vizsgálatok) Prof. Lipták András Prof. Antus Sándor Dr. Lázár László Dr. Mándi Attila Dr. Fekete Anikó Jánossy Lóránt Prof. E. Kövér Katalin Timári István Gyöngyösi Tamás Dr. Komáromi István Dr. Fehér Krisztina DE Gyógyszerésztudományi Kar DE TTK Szerves Kémia Tanszék