Vývoj nových organických sloučenin s cílenou biologickou aktivitou Kamil Paruch 1990-1995: Mgr. organická chemie; PřF MU, Brno 1996-2000: PhD. organická chemie; Columbia University, New York, USA 2001-2008: drug discovery, Schering-Plough, New Jersey, USA 2009-nyní: Ústav chemie PřF MU & FNUSA-ICRC, Brno orgsyn.sci.muni.cz Onkologie: nové přístupy • relativně nízká úspěšnost léčby některých nádorových onemocnění • které procesy potřebujeme ovlivnit, aby byla možná selektivní eliminace nádorových buněk? 3 www.cancerresearchuk.org Příklady signálních drah, které regulují buněčnou proliferaci a mohou být mutovány v nádorových buňkách Hanahan, D; Weinberg, R. A. Cell 2000,100, 57. 4 imatinib (Gleevec) • 2001: revoluce v léčbě chronické myeloidní leukemie • velká část pacientů prakticky vyléčena • 90% pacientů: doba dožití >5 let  intenzivní výzkum inhibitorů proteinových kináz Imatinib: přelom v oblasti kinázových inhibitorů 5 • poměrně malý „klíč“ (M < 500 g/mol) • tisíce různých „zámků“ •„zámky“ mohou pozměnit tvar Můžeme najít dostatečně selektivní modulátor? 6 7 K dispozici je nesmírně rozsáhlý „chemický prostor“ vysokokapacitní (high-throughput) screening Identifikace výchozí („lead“) sloučeniny molekulové modelování & intuice 8 známá aktivní sloučenina 9 „in silico“ přístup Proteinové kinázy • >500 enzymů (ca. 1.7% lidského genomu) • ATP fosfotransferázy • katalyzují reverzibilní fosforylaci • důležitý signální mechanismus • regulace mnoha procesů v buňce 10 • inhibitory proteinových kináz – „hot topic“ v současném (farma) výzkumu (>70 substancí schváleno pro klinické použití) Roskoski, J. Pharmacol. Res. 2016, 107, 249. Nat. Rev. Drug Disc. 2021, 20, 839. Inhibitory kináz: léčiva 11 Podobnost proteinových kináz 12 CDK2 vs. GSK3b human kinome: >500 kináz Manning, G. et al. Science 2002, 298, 1912. Proteinové kinázy: testování inhibitorů 13 M = 500 g/mol IC50 = 10 nmol/l (10 nM) = 0.000005 g/l = 5 mg/l (léčivo vs. selektivní „sonda“ pro molekulární biologii) Selektivní vs. neselektivní inhibitory neselektivní inhibitor selektivní inhibitor vysoce selektivní inhibitor • hledání selektivního „klíče“ = inhibitoru pro pouze jeden z více než 500 velmi podobných „zámků“ - kináz 14 Nat. Rev. Drug Disc. 2021, 20, 839. „Nové“ kinázy 15 Typické inhibitory „nových“ kináz CHR6494 IC50 (Haspin) = 6 nM Oncogene 2012, 31, 1408. Cell 2018, 175, 171. BTX-A51 IC50 (CK1a) = 34 nM IC50 (CK1d) = 6 nM IC50 (CK1e) = 21 nM 412 human kinases @ 1 mM (Eurofins) 16 17 Podobné molekuly mohou mít (velmi) rozdílnou biologickou aktivitu 18 CDK2 IC50 = 8 nM CDK2 IC50 > 50 000 nM 19 Identifikace biologicky aktivních sloučenin je (stále) značně empirický proces organická chemie: účinné postupy k přípravě nových sloučenin „molecular Lego“ 20 PF-670462 15 potenciálních „hinge binders“ nainstalováno 205 human kinases (1 µM, Eurofins KinaseProfiler) Inhibitory kinázy CK1 21 CK1 inhibitory: překvapivě rozdílné vazebné módy 22 Různé cesty přípravy inhibitorů kinázy CK1 23 24 Inhibitory kinázy CK1 Cell 2018, 175, 171. PF-670462 IC50 (CK1a) > 100 nM • inhibice CK1a : nová možnost léčby leukemie AML Cell 2018, 175, 171.; N. Engl. J. Med. 2018, 379, 1873. • účinné/selektivní CK1a inhibitory dosud nejsou známy BTX-A51 IC50 (CK1a) = 34 nM IC50 (CK1d) = 6 nM IC50 (CK1e) = 21 nM MU1742 IC50 (CK1a) = 7 nM IC50 (CK1d) = 6 nM IC50 (CK1e) = 27 nM 25 vs. 4Q 2020: CasInvent Pharma a.s. (MU + i&i Prague) 26 27 28 Inhibitory kinázy CHK1 SCH 900776 CHK1 IC50 = 5 nM fáze II klinického testování (AML, kombinace s cytarabinem) MU380 CHK1 IC50 = 2 nM • účinnější in vitro • výrazně účinnější v nádorových buňkách do r. 2014 neznámá substance MU379 (metabolit) výrazně méně selektivní  „off-target” efekty 29 • srovnatelná selektivita 206 kináz @ 1 mM (Merck Milipore) Enantioselektivní syntéza MU380 30 96 % ee MU380 96 % ee MU380 >99 % ee 1.0 g from 2.2 g of (R)-1 MU380 in vivo 31 S. Drápela et al. Mol. Oncol. 2020, 14, 2487. PC346C DOC 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0 200 400 600 800 1000 vehicle GEM MU380 GEM+MU380 Week Tumourvolume(mm3 ) * ** *** engrafted s.c. SCID mice PC339 DOC in vitro 3D culture gemcitabine i.p. MU380 i.p. 1 week 24 hrs 3 cycles (weekly) endpoint P. Sammader et al. Mol. Cancer Ther. 2017, 16, 1831. (n=9) • docetaxel-resistant prostate cancer • deriváty forskolinu  selektivní aktivita vůči jednotlivým ACs • adenylátcyklázy (ACs) jsou atraktivní cíle (Pierre, S. et al. Nat. Drug Disc. 2009, 8, 321.) Forskolin a jeho analogy 32 Naše syntéza forskolinu a jeho analogů 33 • nejkratší & robustní (> 100 mg) syntéza forskolinu O. Hylse et al. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2017, 56, 12586. Biologická aktivita analogů forskolinu 0 50 100 150 FSK LM_2252_ent1 Wild Type 0 50 100 FSK LM_2252_ent1 AC1-enriched 0 50 100 FSK LM_2252_ent1 AC2-enriched -50 0 50 100 FSK LM_2252_ent1 AC3-enriched 0 50 100 FSK LM_2252_ent1 AC4-enriched 0,0 50,0 100,0 FSK LM_2252_ent1 AC5-enriched 0 50 100 FSK LM_2252_ent1 AC6-enriched 0 50 100 FSK LM_2252_ent1 AC7-enriched 0 50 100 FSK LM_2252_ent1 AC8-enriched Laboratories of Organic Synthesis and Medicinal Chemistry orgsyn.sci.muni.cz • personnel Dr. Kamil Paruch (Ph.D. Columbia University) Dr. Jakub Švenda (Ph.D. Harvard University) 6 postdocs, 5 doctoral students, 10 BS/MS/high school students, 3 technicians • modern laboratories in new campus • state-of-the-art instrumentation (e.g. in-house 500 MHz NMR, MS-TOF, autopurification LC/MS, semi-prep. chiral HPLC etc.) 35 The End „Lidem, kteří se na nic neptají, nemá cenu cokoliv vykládat.“ Inhibitory nukleáz • identifikovány inhibitory nukleáz Mre11, Fen1 a Mus81 • žádné nízkomolekulární inhibitory Mus81 dosud nejsou známé • progrese „leads“ (biologie: L. Krejčí & chemie: K. Paruch)  Mus81: IC50 ~ 1 mM  PCT Int. Appl. WO 2015/192817 A1  Mre11: IC50 < 0.2 mM  spolupráce s firmou Artios Pharma (Cambridge, UK) terapeutický potenciál: onkologie (single agent, syntetická lethalita) high-throughput docking high-throughput screening Nat. Rev. Cancer 2015, 15, 166. 40