Terapeutické peptidy
© Oldřich Farsa 2011
Rozdělení v současnosti používaných terapeutických peptidů
1. Hormony
1.1 Liberiny a statiny („releasing“&“inhibiting“)
1.2.Somatotropin
1.3 Oxytocin, vasopresin a jejich analogy
1.4 Insuliny a glukagon
1.5 Kalcitonin
1.5 Krevní faktory erythropoetinového typu
1.6 Imunomodulátory – faktory stimulující kolonie
1.7 Imunomodulátory - interferony
2. Toxiny
3. Faktory srážení krve a koagulancia
4. Antibiotika
Jedno- a třípísmenné symboly L-α-aminokyselin
Jednopísmenný Třípísmenný
A Ala alanin
B Asx asparagová kys. nebo asparagin
C Cys cystein
D Asp asparagová kys.
E Glu glutamová kys.
F Phe fenylalanin
G Gly glycin
H His histidin
I Ile isoleucine
K Lys lysin
L Leu leucin
M Met methionin
N Asn asparagin
P Pro prolin
Q Gln glutamin
R Arg arginin
S Ser serin
T Thr threonin
U Sec selenocystein
V Val valin
W Trp tryptofan
X Xaa neznámá nebo „jiná“ aminokyselina
Y Tyr tyrosin
Z Glx glutamová kys. nebo glutamin (nebo látky
jako 4-karboxyglutamová kys. nebo 5-oxoprolin)
1. Hormony
1.1 Liberiny a statiny („releasing“ & „inhibiting“)
Gonadorelin a jeho analogy
●hormon hypothalamu
●stimuluje uvolňování folikuly stimulujícího hormonu a luteinizačního hormonu z hypofýzy
gonadorelin-acetát Gonadorelini acetas ČL 2009
buserelin Buserelinum ČL 2009
goserelin Goserelinum ČL 2009
Agonisté gonadorelinu
Gonadorelin a jeho analogy
Agonisté
leuprorelin (syn. leuprolid) Leuprorelinum ČL2009
OH
OH
OH
O
OH
O
NN
H
O
O
O N
H
O
NH2
NH
O
NH
NH NH2
CH3
CH3
N
H
N
N
H
N
H
N
H
N
H
N
H
N
H
O
O
OH
O
O
O
O
OH
N
H
O
OH
OHO
OH
OH
Krátkodobé a dlouhodobé působení agonistů gonadorelinu
Analoga gonadorelinu
Antagonisté gonadorelinu
. CH3
COOH
. CH3
COOH
N
H O
N
H
Cl
N
H
O
N
H
OH
N
H
O
OH
N
H
O
N
H
O
CH3
CH3
N
H O
N
O
N
H
O
CH3
NH2
N
O
CH3
N
NH N
H
CH3
CH3
N
N
H
N
H
CH3
CH3
OO
ganirelix
N
H O
N
H
O
Cl
N
H
O
N
H O
OH
N
H O
OH
N
H
O
NH
N
H
O
CH3
CH3
N
H
NH2
NH
N
H
O
N
O
N
H
O
CH3
NH2
O NH2
N
O
CH3
cetrorelix
Gonadorelin a jeho analogy
●příprava: chemická syntéza
●použití: především asistovaná reprodukce
●
výhody analogů: podstatně větší stabilita ⇒ delší eliminační poločas ⇒
⇒možnost podávat v podstatně delších intervalech; injekce agonisty nahradí infuzi gonadorelinu
Vztahy mezi strukturou a aktivitou
●záměna glycinu v pozici 6 za objemnější AK vede ke zvýšení stability
●sekvence prvních 3 AK nutná pro vazbu na receptor a pro agonistický účinek; u agonistů zachována,
antagonisté mají změněnou za 3 nefyziol. AK, važí se na GnRH
Kortikotropin a jeho analogy
Kortikotropin = ACTH; hormon hypofýzy stimulující tvorbu gluko- a mineralokortikoidů v
kůře nadledvinek a růst těchto žláz
●polypeptid z 39 AK; prvních 24 totožných u všech druhů
●prvních 24 AK odpovídá za biol. aktivita, koncových 15 AK za imunospecificitu
kortikotropin
tetrakosaktid
syn. cosyntropin [USAN]
Tetracosactidum ČL 2009
Synacten®
SynVL
●látka používaná jako standard
k
MS identifikaci tetrakosktidu
Použití kortikotropinu a tetrakosaktidu
●diagnostika funkce nadledvinek
●substituční terapie při nedostaku glukokortikoidů
●náhrada depotního podávání glukokortikoidů při dlouhodobé terapii
N
N
N
N
H
N
N
HOH
N
H
N
H
N
H
N
H
N
H
NH
OH
O
NH2
O
OH
O
S
CH3
O
OHO
O
O
N
H
N
H
N
H
O
NH
NH2 NH
O
O
ONH
O
NH2
O
NH
CH3
CH3
O
NH
N
H
O
N
H
N
H
N
H
NH2
O
NH2
O
NH
NH2 NH
O
NH
NH2
NH
O
O
N
H
N
H
N
H
CH3 CH3
O
O
NH2
CH3CH3
O
NH
OH
O
OOH
tetrakosaktid
●používán od r. 1961
●připravován synteticky
●zneužíván sportovci k dopingu
Protirelin – syntetický thyreotropin-releasing hormone (TRH)
●hormon hypothalamu, stimulující tvorbu thyreotropinu v hypofýze a prolaktinu
●též neurotransmitter v CNS, podílí se na regulaci příjmu potravy, reguluje
energetický metabolismus aj,
N
O
NH2
O
N
H
N
O NH
N
H
O
protirelin
5-oxoprolyl-histidyl-prolinamid
Protirelinum ČL 2009
●struktura objasněna r. 1969, používán od r. 1976
●podáván p.o.
●používán jako posilovač kognitivních funkcí k terapii následků poškození mozku
a míchy a neurodegenerativních onemocnění (Alzheimer, Parkinson, motorická
neuronální choroba aj.)
Somatostatin
●cyklický tetradekapeptid tvořený zejména v hypothalamu
●inhibuje tvorbu růstového hormonu (somatotropinu) v hypofýze
●ovlivňuje funkci ledvin, pankreatu a GITu
●též neurotransmitter v CNS („neuropeptid“)
NH
N
H
NH
O
O
N
H
N
H
O
O
N
H
N
H
O
CH3
OH
NH2
O
N
H
N
H
O
O
NH2
O
N
H
N
H
O
CH3OH
O
N
H
S
NH2
N
H
O
OH
S
O
N
H
OH O
O
CH3
NH2
somatostatin
Somatostatinum ČL 2009
Somatostatin-UCB®
inf.
●připravován synteticky
●terapie akromegalie
1.2 Somatotropin
= růstový hormon (GH)
●peptid ze 191 AK vylučovaný v předním laloku hypofýzy
●stimuluje mitózu, růst buněk a diferenciaci buněk určitých tkání
●ovliňuje expresi genů a metabolismus
●sekvence AK známá od r. 1972, sekvence nukleotidů kódujícho genu od r. 1977
somatotropin
Somatropinum ČL2009
●lidský, připravený rekombinantní technikou používán od r. 1985
●substituční terapie při deficitu přirozeného GH
terciární struktura prasečího GH
1 MATGSRTSLL LAFGLLCLPW LQEGSAFPTI PLSRLFDNAM LRAHRLHQLA FDTYQEFEEA YIPKEQKYSF LQNPQTSLCF SESIPTPSNR EETQQKSNLE 100
101 LLRISLLLIQ SWLEPVQFLR SVFANSLVYG ASDSNVYDLL KDLEEGIQTL MGRLEDGSPR TGQIFKQTYS KFDTNSHNDD ALLKNYGLLY CFRKDMDKVE 200
201 TFLRIVQCRS VEGSCGF
Analoga somatototropinu (růstového hormonu)
pegvisomant
●analog – antagonista lidského růstového hormonu (GH), v němž je Gly v pozici 120
nahrazen Lys, přidáno 8 AK pro lepší vazbu na receptor a je pegylován na Phe v pol. 1 a
na 8 Lys
●připravován rekombinantní technikou a následnou reakcí s oxiranem (polyadice)
●pegylace snižuje antigenicitu a prodlužuje biologický poločas
●použití: léčba akromegalie
Primární struktura lidského somatotropinu
1.3 Oxytocin, vasopresiny a jejich analogy
Vasotocin
= fylogenetický prekurzor oxytocinu i vasopressinů u nižších organismů než savců
Oxytocinum ČL 2009
●připravován synteticky
●používán k navození porodu a posílení děložních stahů
Oxytocin
●cyklický nonapeptid vylučovaný zadním lalokem hypofýzy
●stimuluje kontrakce dělohy a vylučování mléka u savců
N
O
N
H
O
NH
S
O
S
NHO
NH
N
H
O
NH2
O
NH2
NH2
O
N
H
N
H
O
NH2
NH
O
NH
NH2
O
O
CH3
CH3
OH
H-Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2
Vasopresin
=antidiuretický hormon (ADH)
●oktapeptidy produkované neurohypofýzou všech obratlovců (prekurzor synt. v hypothalamu)
●sekvence AK se liší dle druhu
●řídí množství vody v těle (regulace ledvin, plic aj.)
●potenciální neurotransmittery
●používány zejména syntetické deriváty
Desmopressin
Desmopressinum ČL 2009
●cyklický nonapeptid
●připravován synteticky
●antidiuretikum (enuresis nocturna, ...)
N
O
N
H
O
NH
S
O
S
NHO
NH
N
H
O
NH2
O
NH2
NH2
O
N
H
N
H
O
NH2
NH
O
NH
NH2
O
O
OH
N
O
N
H
O
NH
S
O
S
NHO
NH
O
NH2
O
NH2
NH2
O
NH2
N
H
N
H
O
O
NH
NH2
O
O
OH
VAP
●savci kromě Suidae pouze
Analoga vasopresinů
Felypressin
Felypressinum ČL2009
T
T
Terlipressin
NH2Pro
PheGly TyrCys
LysGln
GlyNH
2 Gly
Asn Cys Gly
H-Gly-Gly-Gly-Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Lys-Gly-NH2
●vazokonstriktor, léčba krvácení z varixů apod., léčba oběhového šoku
Glypressin ®
inj., Remestyp ®
inj.
1.4 Insuliny a glukagon
Insulin
●
secernován převážně β-buňkami Langerhansových ostrůvků pankreatu
●umožňuje utilizaci glukosy buňkami organismu
●izolovali Banting a Best r. 1921 z pankreatu psa
Humánní insulin TP
C
COOHF
NS
H
Q N
ES C Y
Y
C
T
A
I
V TVL LG
E SV QI Y CC
KN L R GENH
2
L
F G
G L
FV
E
Q
C
H YL
NH
2
COOH
řetězec B (30 AK)
řetězec A (21 AK)
●tvoří se z prekurzoru – proinsulinu o 110 AK
10 20 30 40 50 60
MALWMRLLPL LALLALWGPD PAAAFVNQHL CGSHLVEALY LVCGERGFFY TPKTRREAED
70 80 90 100 110
LQVGQVELGG GPGAGSLQPL ALEGSLQKRG IVEQCCTSIC SLYQLENYCN
1-24 signální sekvence;25-54 řetězec B; 57-87 peptid C; 90-110 řetězec A
●dnes získáván rekombinantní technikou nebo semisynteticky z prasečího
Insulinum humanum ČL2009
●syn. humulin
Insulin bovinní (hovězí)
Insulinum bovinum ČL2009
●izolace z hovězích slinivek
Insulin prasečí
Insulinum porcinum ČL2009
Analogy insulinu
lidský
aspart
Insulinum aspartum ČL 2009
●rekombinantní technika
insulin-lispro
Insulinum lisprum ČL 2009
●rekombinantní
insulin-detemir
●
řetězec B jen 29 AK, na LysB29
tetradekanoyl (myristoyl)
●rekombinantně-polosyntetický
insulin-glargin
Gly21A
-L-Arg30B
-L-Arg31B
-insulin
Lantus®
●inzulin první volby, nestačí-li u diabetu 2. typu perorální antidiabetika
●dlouhý T½
, podáván typicky 1x denně s.c. před spaním
insulin-glulisin
Shrnutí používaných obměn insulinu
Glukagon
●peptid o 29 AK z pankreatu podporující štěpení jaterního glykogenu a zvyšující glykémii
●způsobuje relaxaci hladkého svalstva žaludku a střev podobně jako cholinergika
Glucagonum ČL2009
●izolován z vepřových nebo hovězích slinivek
Glucagonum humanum ČL2009
●připravován rekombinantní technikou; sekvence AK totožná
●použití: terapie těžké hypoglykémie, diagnostika GIT radiologicky apod.
Analoga GLP-1
GLP-1: Glucagon-like peptide 1 = glukagonu podobný peptid 1 = střevní hormon, jenž spolu
s glukoso-dependentním inzulinotropním polypeptidem (GIP) potencuje sekreci inzulinu
indukovanou jídlem
●
potecuje všechny kroky biosyntézy inzulinu, má pozitivní vliv na funkci a přežívání β-buněk
●snižuje nadbytečnou produkci glukosy v játrech, zpomaluje vyprazdňování žaludku, vedoucí
k postprandiální hyperglykémii, centrální efekt vede ke snížení chuti k jídlu (⇒ pokles
tělesné hhmotnosti), pravděpodobně i pozitivní účinky na kardiovaskulární systém
●nevýhody GLP-1 jako léčiva: nutnost podávání v kontinuální infuzi, extrémně krátký biol.
poločas T1/2
= 2 – 3 min (rychlý rozklad peptidasami) ⇒ potřeba stabilnějších analogů
Analoga GLP-1
liraglutid
γ-L-glutamoyl(N-α-hexadekanoyl)-Lys,26
Arg34
-GLP-1(7–37)
●sekvence AK zbytků z 93 % shodná s fragmentem 7-37 nativního GLP-1
●silná vazba na sérový albumin, vzájemná asociace molekul, nepodléhá
glomerulární filtraci ⇒ T1/2
= 12,5 hod po s.c. injekci
●
zlepšuje funkci α i β buněk
●registrační přihlášky podány v USA, EU a Japonsku r. 2008
Kalcitonin
●tvořen C-buňkami štítné žlázy ( = parafolikulární bb. – Baber 1876), u nižších obratlovců
ultimobranchiálními tělísky, vznikajícími z 5. žaberní štěrbiny
●peptid ze 32 aminokyselin (lososí – Onchorhyncus kisutch; humánní 139 AK)
●receptory na osteoklastech (ale též ledviny, mozek)
●
↓ vylučování Ca2+
z kosti (⇒ ↓ kalcémie)
●
↓ tvorbu osteoklastů
●aplikace spolu s Ca2+
k léčbě osteoporózy
Kalcitonin
N
N
N
H
N
H O
NH2O
O
NH
N
H
N
H
N
H
N
H
S
S
N
H
NH2
O
O O
O
OH
O
OH
O
O
NH2
OH
N
H
N
HO
O
N
H
O
N
H
O
NH2
O N
H NH
O
OH
ONH
NH2
O
O
NH
O
N
H
O
N
H
N
H O
N
NH
O
NH2
O
N
H
OH
N
H
O
OH
O
O
N
H
O
NH
NH
NH2
O N
H
NH
OH
N
H
N
H
N
H
NH2
O
O
OH
O
O
OH
N
H
N
HO
O
OH
O
ONH2
OH
Calcitoninum salmonis ČL 2009 = kalcitonin lososí (syntetický; sekvence
AK odpovídá lososímu hormonu)
Miacalcic®
inj., nasal; Osteodon®
; Tonocalcin®
1.5 Krevní faktory erythopoetinového typu
erythropoetin
= glykosylovaný protein ze 165 AK
Erythropoietini solutio concentrata ČL 2009
= roztok obsahující skupinu blízce příbuzných glykoproteinů , které nejsou rozlišitelné od
přirozeného lidského erytropoetinu (erytropoetin moči) z hlediska pořadí 165 aminokyselin a jejich
průměrného profilu glykosylace
●přirozeně vylučován v ledvinách u dospělých jedinců a v játrech plodu
●stimuluje kmenové buňky kostní dřeně k proliferaci a diferenciaci
●vyrábí se in v itro v buňkách hlodavců metodou založenou na rekombinantní DNA
technologii
●terapie poruch krvetvorby, zneužíván k dopingu
1.6 Imunomodulátory – faktory stimulující kolonie
molgramostim
= faktor stimulující kolonie granulocytů a makrofágů tvořený různými druhy krevních buněk
●stimuluje diferenciaci a proliferaci pluripotentních kmenových buněk leukocytů ve zralé granulocyty a
makrofágy
●výroba rekombinantní technikou za použití bakterií jako hostitelských buněk
● léčba leukopenie při chemoterapii nádorů a AIDS
Filgrastim a pegfilgrastim
Filgrastim = humánní faktor stimulující kolonie neutrofilních granulocytů (G-CSF); glykosylovaný, 174 AK
Sekvence prekurzoru filgrastimu
●
léčba neutropenie při chemoterapii nádorových onemocnění a při AIDS
Pegfilgrastim má kovalentně vázaný PEG řetězec o Mr
cca 20 000 na N-konci
●delší eliminační poločas
●výroba rekombinantní a polosyntetická
1.7 Imunomodulátory - interferony
interferon α2
Interferoni alfa-2 solutio concentrata ČL 2005
X1 = Lys α2a
X1 = Arg α2b
●protivirová aktivita v průběhu syntézy virové RNA a bílkoviny
●antiproliferační aktivita
●výroba rekombinantní technikou na bakteriích
●též pegylovaný: peginterferon alfa-2a (Pegasys ® ) - na N-konci N2
, N6
-dikarboxy-Lys esterifikovaný
PEG-monomethyletherem
interferon α2
Interferoni alfa-2 solutio concentrata ČL 2009
X1 = Lys α2a
X1 = Arg α2b
●protivirová aktivita v průběhu syntézy virové RNA a bílkoviny
●antiproliferační aktivita
●výroba rekombinantní technikou na bakteriích
●též pegylovaný: peginterferon alfa-2a (Pegasys ® ) - na N-konci N2
, N6
-dikarboxy-Lys esterifikovaný
PEG-monomethyletherem
interferon β
= peptid ze 166 AK
●produkován fibroblasty jako odpověď na stimulaci živým nebo inaktivovaným virem nebo dvouvláknovou RNA
●terapie roztroušené sklerózy
interferon γ1b
●vylučován lidskými T-lymfocyty jako odpověď na virové infekce a jiná agens
●imunomodulační účinky
●nekovalentní dimer 2 identických monomerů
Sekvence monomeru:
●výroba rekombinantní technikou na bakteriích
Interferoni gamma-1b solutio concentrata ČL 2009
●
roztok formy interferonu γ, která má na N-konci Met