Allosterický modulátor

Ve farmakologii a biochemii jsou alosterické modulátory skupinou látek, které se vážou na receptor , aby změnily reakci tohoto receptoru na podnět. Některé z nich, jako jsou benzodiazepiny , jsou narkotika [1] . Místo, na které se váže alosterický modulátor (tj. alosterické místo ), se liší od místa, na které by se vázal agonista endogenního receptoru (tj. ortosterické místo ). Modulátory a agonisté mohou být označováni jako receptorové ligandy [2] .

Alosterické modulátory mohou být 1 ze 3 typů: pozitivní, negativní nebo neutrální. Pozitivní typy zesilují odezvu receptoru zvýšením pravděpodobnosti, že se agonista naváže na receptor (tj. afinita ), zvýšením jeho schopnosti aktivovat receptor (tj. potence ) nebo obojím. Negativní typy snižují afinitu a/nebo účinnost agonistů. Neutrální typy neovlivňují agonistickou aktivitu, ale mohou interferovat s jinými modulátory z vazby na alosterické místo. Některé modulátory působí také jako alosteričtí agonisté [3] .

Termín „alosterický“ pochází z řečtiny. Allos znamená „jiný“ a stereos znamená  „pevný“ nebo „forma“. To lze přeložit jako „jiná forma“, což označuje konformační změny uvnitř receptorů způsobené modulátory, jejichž prostřednictvím modulátory ovlivňují funkci receptoru [4] .

Úvod

Allosterické modulátory mohou měnit afinitu a účinnost jiných látek, které na receptor působí. Modulátor může také zvýšit afinitu a snížit účinnost nebo naopak [5] . Afinita  je schopnost látky vázat se na receptor . Účinnost  je schopnost látky aktivovat receptor, vyjádřená jako procento schopnosti látky aktivovat receptor ve srovnání s endogenním agonistou receptoru . Pokud je účinnost nulová, je látka považována za antagonistu [6] .

Místo, na které se endogenní agonisté vážou, se nazývá ortosterické místo . Modulátory nejsou vázány na tuto stránku. Vážou se na jakákoli jiná vhodná místa, která se nazývají alosterická místa [3] . Po navázání modulátory typicky mění trojrozměrnou strukturu (tj. konformaci ) receptoru. To často vede ke změně ortosterického místa, což může změnit účinek vazby agonisty [7] . Allosterické modulátory mohou také stabilizovat jednu z normálních receptorových konfigurací [8] .

V praxi může být modulace složitá. Modulátor může fungovat jako částečný agonista , což znamená, že nepotřebuje agonistu, kterého moduluje, aby vyvolal agonistické účinky [9] . Kromě toho modulace nemusí ovlivnit afinitu nebo účinnost různých agonistů stejným způsobem. Pokud se na stejný receptor naváže skupina různých agonistů, kteří by měli mít stejný účinek, mohou některé modulátory modulovat agonisty odlišně [10] .

Třídy

Modulátor může mít uvnitř receptoru 3 efekty. Jednou z nich je jeho schopnost či neschopnost aktivovat receptor (2 možnosti). Další dva jsou agonistická afinita a potence. Lze je zvýšit, snížit nebo ponechat beze změny (3 a 3 možnosti). To dává 17 možných kombinací modulátorů [10] . Je jich 18 (=2*3*3), pokud je povolen také neutrální modulátor.

Ze všech praktických důvodů lze tyto kombinace zobecnit pouze na 5 tříd [5] a 1 neutrální:

Mechanismy

Kvůli rozmanitosti míst na receptorech, která mohou sloužit jako místa pro alosterickou modulaci, a také kvůli nedostatku regulačních míst, která je obklopují, mohou alosterické modulátory působit prostřednictvím široké škály mechanismů. 

Modulační vazba

Některé alosterické modulátory vyvolávají konformační změnu ve svém cílovém receptoru, což zvyšuje vazebnou afinitu a/nebo agonistickou účinnost receptoru [3] . Příklady takových modulátorů zahrnují benzodiazepiny a barbituráty , což jsou pozitivní alosterické modulátory receptoru GABAA . Benzodiazepiny, jako je diazepam , se vážou mezi podjednotky a a y iontových kanálů receptoru GABAA a zvyšují frekvenci otevírání kanálu, ale ne trvání každého otevření. Barbituráty jako fenobarbital vážou β-domény a prodlužují trvání každého otevření, ale ne frekvenci [14] .

Modulační decoupling

Některé modulátory stabilizují konformační změny spojené se stavem vazby agonisty. To zvyšuje pravděpodobnost, že receptor bude v aktivní konformaci, ale nezabrání tomu v přepnutí zpět do neaktivního stavu. S vyšší pravděpodobností setrvání v aktivním stavu se bude receptor vázat na agonistu déle. AMPA receptory modulované aniracetamem a CX614 budou deaktivovány pomaleji a budou podporovat úplnější transport kationtů. Toho je pravděpodobně dosaženo vazbou aniracetamu nebo CX614 na zadní stranu „mušle“, která obsahuje vazebné místo pro glutamát , stabilizující uzavřenou konformaci spojenou s aktivací AMPA receptoru [15] [14] .

Prevence desenzibilizace

Celkový signál lze zvýšit prevencí desenzibilizace receptoru. Desenzibilizace zabraňuje aktivaci receptoru navzdory přítomnosti agonisty. To je často způsobeno opakovanou nebo intenzivní expozicí agonistovi. Eliminace nebo redukce tohoto jevu zvyšuje celkovou aktivaci receptoru. AMPA receptory jsou citlivé na desenzibilizaci narušením rozhraní dimeru domény vázající ligand. Bylo prokázáno, že cyklothiazid stabilizuje toto rozhraní a zpomaluje desenzibilizaci, takže je považován za pozitivní alosterický modulátor [15] .

Stabilizace aktivní/neaktivní konformace

Modulátory mohou přímo regulovat receptory spíše než ovlivňovat vazbu agonistů. Podobně jako stabilizace navázané konformace receptoru, modulátor působící v tomto mechanismu stabilizuje konformaci spojenou s aktivním nebo neaktivním stavem. To zvyšuje pravděpodobnost, že se receptor přizpůsobí stabilizovanému stavu a podle toho bude modulovat aktivitu receptoru. Receptory citlivé na vápník lze tímto způsobem modulovat úpravou pH . Nižší pH zvyšuje stabilitu neaktivního stavu a tím snižuje citlivost receptoru. Předpokládá se, že změny náboje spojené s úpravou pH vyvolávají konformační změny v receptoru, které podporují inaktivaci [16] .

Interakce s agonisty

Modulátory, které zvyšují pouze afinitu parciálních a úplných agonistů, umožňují rychlejší dosažení maximální účinnosti při nižších koncentracích agonistů, to znamená, že sklon a plató křivky dávka-odpověď je posunut směrem k nižším koncentracím [10] .

Modulátory zvyšující účinnost zvyšují maximální účinnost částečných agonistů. Plní agonisté již plně aktivují receptory, modulátory tedy neovlivňují jejich maximální účinnost, ale mírně posouvají svou křivku odezvy směrem k nižším koncentracím agonistů [10] .

Lékařský význam

Výhody

Příbuzné receptory mají ortosterická místa, která jsou strukturou velmi podobná, protože mutace na tomto místě mohou zvláště snížit funkci receptoru. To může být pro organismy škodlivé, takže evoluce k takovým změnám často nevede. Alosterická místa jsou méně důležitá pro funkci receptorů, takže mají často velké rozdíly mezi příbuznými receptory. To je důvod, proč ve srovnání s ortosterickými léky mohou být alosterické léky velmi specifické , to znamená, že mohou působit pouze na velmi omezený soubor typů receptorů. Taková variabilita alosterických míst je však pozorována i mezi druhy, takže účinky alosterických léků se mezi druhy velmi liší [18] .

Modulátory nemohou úplně zapnout nebo vypnout receptory, protože modulátory závisí na endogenních ligandech, jako jsou neurotransmitery , protože jejich působení je v těle omezeno a kontrolováno. To může snížit riziko předávkování ve srovnání s podobně působícími ortosterickými léky. Může také umožnit strategii, kdy lze bezpečně užívat dávky dostatečně velké k nasycení receptorů k prodloužení účinku léku [10] . Umožňuje také aktivaci receptorů v daném čase (tj. v reakci na podnět) namísto neustálé aktivace agonistou, bez ohledu na načasování nebo cíl [19] .

Modulátory ovlivňují existující reakce ve tkáních a mohou umožnit zacílení léků na tkáně. Tím se liší od ortosterických léků, které mívají v těle méně cílený účinek na všechny receptory, na které se mohou vázat [7] .

Bylo také prokázáno, že některé modulátory nemají desenzibilizační účinek jako někteří agonisté. Například nikotinové acetylcholinové receptory jsou v přítomnosti agonistů rychle desenzibilizovány, ale v přítomnosti PAM si zachovávají normální funkci [20] .

Aplikace

Alosterická modulace prokázala přínos u mnoha stavů, které bylo dříve obtížné kontrolovat jinými léčivy. To zahrnuje:

Viz také

Aplikace

  1. Pořadí HP. Farmakologie Ranga a Dalea . — Osmé vydání. - [Spojené království], 2016. - xv, 760 stran s. - ISBN 978-0-7020-5362-7 , 0-7020-5362-7, 978-0-7020-5363-4, 0-7020-5363-5.
  2. Richard R. Neubig, Michael Spedding, Terry Kenakin, Arthur Christopoulos. Mezinárodní farmakologický výbor pro nomenklaturu receptorů a klasifikaci léčiv. XXXVIII. Aktualizace termínů a symbolů v kvantitativní farmakologii  //  Farmakologické recenze. — 2003-12. — Sv. 55 , iss. 4 . — S. 597–606 . - ISSN 1521-0081 0031-6997, 1521-0081 . - doi : 10.1124/pr.55.4.4 .
  3. 1 2 3 “International Union of Pharmacology Committee on Receptor Nomenclature and Drug Classification. XXXVIII. Aktualizace kvantitativních termínů a symbolů ve farmakologii“ (PDF) . Farmakologické přehledy . 55 (4): 597-606. prosinec 2003. DOI : 10.1124/pr.55.4.4 . PMID  14657418 .
  4. David L. Nelson. Lehningerovy principy biochemie . — 5. vyd. - New York: WH Freeman, 2008. - 1 svazek (různé stránky) Str. — ISBN 0-7167-7108-X , 978-0-7167-7108-1 , 978-1-4292-0892-5 , 1-4292-0892-9 4292-2416-9, 978-1-4292-1 -7, 1-4292-1242-X.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Terry P. Kenakin. Farmakologie při objevování a vývoji léků: porozumění lékové odpovědi . - Druhé vydání. - London: Academic Press, 2017. - 1 online zdroj str. - ISBN 978-0-12-803753-9 , 0-12-803753-9.
  6. Farmakologie Ranga a Dalea. — 8. — Elsevier, 2016. — S. 6–20. - ISBN 978-0-7020-5362-7 .
  7. 1 2 3 Farmakologie při objevování a vývoji léků: porozumění lékové odpovědi. - S. 102-119. — ISBN 978-0-12-803752-2 . - doi : 10.1016/B978-0-12-803752-2.00005-3 .
  8. R. Jin. Mechanismus pozitivních alosterických modulátorů působících na AMPA receptory  (anglicky)  // Journal of Neuroscience. — 28.09.2005. — Sv. 25 , iss. 39 . — S. 9027–9036 . — ISSN 1529-2401 0270-6474, 1529-2401 . - doi : 10.1523/JNEUROSCI.2567-05.2005 .
  9. Oligomerizace a alosterická modulace v receptorech spojených s g-proteinem . - Amsterdam: Elsevier/Academic Press, 2013. - 1 online zdroj (xiii, 471 stran) str. - ISBN 978-0-12-394587-7 , 0-12-394587-9.
  10. 1 2 3 4 5 Farmakologie při objevování a vývoji léků: porozumění lékové odpovědi. — 2. - Academic Press, 2017. - S. 102-119. — ISBN 978-0-12-803752-2 . - doi : 10.1016/B978-0-12-803752-2.00005-3 .
  11. ↑ 1 2 Bruce J. Melancon, Corey R. Hopkins, Michael R. Wood, Kyle A. Emmitte, Colleen M. Niswender. Alosterická modulace sedmi transmembránových překlenovacích receptorů: Teorie, praxe a příležitosti pro objev léků centrálního nervového systému  //  Journal of Medicinal Chemistry. — 23. 2. 2012. — Sv. 55 , iss. 4 . - S. 1445-1464 . - ISSN 1520-4804 0022-2623, 1520-4804 . - doi : 10.1021/jm201139r .
  12. Oligomerizace a alosterie chemokinových receptorů. - 2013. - Sv. 115. - S. 4–5. — ISBN 978-0-12-394587-7 . - doi : 10.1016/B978-0-12-394587-7.00009-9 .
  13. Shane D. Hellyer, Sabine Albold, Taide Wang, Amy NY Chen, Lauren T. May. „Selektivní“ modulátory receptoru CG s proteinem sdružené třídy jsou neutrální nebo zkreslené mGlu 5 alosterické ligandy   // Molekulární farmakologie . — 2018-05. — Sv. 93 , iss. 5 . — S. 504–514 . — ISSN 1521-0111 0026-895X, 1521-0111 . - doi : 10,1124/mol.117,111518 .
  14. ↑ 1 2 3 4 Zkreslená signalizace ve fyziologii, farmakologii a terapii . - San Diego, Kalifornie, 2014. - 1 online zdroj (317 stran) str. - ISBN 978-0-12-411507-1 , 0-12-411507-1.
  15. 1 2 “Mechanismus pozitivních alosterických modulátorů působících na AMPA receptory”. Journal of Neuroscience . 25 (39): 9027-9036. 2005-09-28. DOI : 10.1523/JNEUROSCI.2567-05.2005 . ISSN  0270-6474 . PMID  16192394 .
  16. Principy biologie kostí . — Čtvrté vydání. — Londýn, Spojené království, 2020. — 1 online zdroj (2 svazky) str. — ISBN 9780128148419 .
  17. Farmakologie při objevování a vývoji léků: porozumění lékové odpovědi. — 2. - Academic Press, 2017. - S. 102-119. — ISBN 978-0-12-803752-2 . - doi : 10.1016/B978-0-12-803752-2.00005-3 . Kenakin T. P. (2017). Farmakologie při objevování a vývoji léků: porozumění lékové odpovědi (2. vydání). Academic Press. str. 102–119. doi : 10.1016/B978-0-12-803752-2.00005-3 . ISBN 978-0-12-803752-2.
  18. Shaoyong Lu, Xinheng He, Duan Ni, Jian Zhang. Allosteric Modulator Discovery: From Serendipity to Structure-Based Design  //  Journal of Medicinal Chemistry. — 25. 7. 2019. — Sv. 62 , iss. 14 . — S. 6405–6421 . - ISSN 1520-4804 0022-2623, 1520-4804 . - doi : 10.1021/acs.jmedchem.8b01749 .
  19. Yuanheng Li, Lilan Sun, Taoyi Yang, Wenxuan Jiao, Jingshu Tang. Návrh a syntéza nových pozitivních alosterických modulátorů α7 nikotinových acetylcholinových receptorů se schopností zachránit sluchový vrátkový deficit u myší  //  Journal of Medicinal Chemistry. — 2019-01-10. — Sv. 62 , iss. 1 . — S. 159–173 . - ISSN 1520-4804 0022-2623, 1520-4804 . - doi : 10.1021/acs.jmedchem.7b01492 .
  20. Dustin K. Williams, Jingyi Wang, Roger L. Papke. Pozitivní alosterické modulátory jako přístup k terapeutikám cíleným na nikotinový acetylcholinový receptor: Výhody a omezení  //  Biochemická farmakologie. — 2011-10. — Sv. 82 , iss. 8 . — S. 915–930 . - doi : 10.1016/j.bcp.2011.05.001 .
  21. Jennifer E Ayala, Yelin Chen, Jessica L Banko, Douglas J Sheffler, Richard Williams. mGluR5 pozitivní alosterické modulátory usnadňují jak hippocampal LTP, tak LTD a zlepšují prostorové učení   // Neuropsychofarmakologie . — 2009-08. — Sv. 34 , iss. 9 . — S. 2057–2071 . — ISSN 1740-634X 0893-133X, 1740-634X . - doi : 10.1038/npp.2009.30 .
  22. Neuropsychoterapeutika . - První vydání. – Amsterdam, Nizozemsko, 2019. – 1 online zdroj (312 stran) str. — ISBN 9780128166680 .