AMINOGLICOSIDI DESOSSISTREPTAMINA 4,5-DISOSTITUITA Glicidi o aminoglicidi HO 5'' OR4 2' O H2N HO O R3 OH O 6' R2 4 5 O HO R1HN •Neomicina B •Paramomicina I •Lividomicina A •Ribostamicina NH2 1 3 2-desossistreptamina (aglicone) DESOSSISTREPTAMINA 4,5-DISOSTITUITA Y= X= OH NH2 O H2N NH2 OR5 OH O DESOSSISTREPTAMINA 4,6-DISOSTITUITA Glicidi o aminoglicidi R9 2' R7 H R2 R1 O R3 O R8 R10HN 3'' H 6 OH HO 6' R4 4 R5 O O •Kanamicina A,B,C •Tobramicina •Gentamicina C1, C2,B •Arbekacina R6HN NH2 1 3 2-desossistreptamina (aglicone) DESOSSISTREPTAMINA 4,6-DISOSTITUITA R*= CHOHCH2NH2; R’= CHOH(CH2)NH2; R’’= CH2CH3 Meccanismo d’azione Proteina matura Allungamento catena polipeptidica Blocco complesso d’inizio Blocco traduzione e terminaz. precoce Direzione traduzione + aminoglicoside Incorporazione aa. errati Meccanismo d’azione e SAR: studi cristallografici 1493 Legame H tra guanina A 1408 e Paramomicina, Tobramicina, Geneticina. Meccanismo d’azione e SAR: modelling Meccanismo d’azione e SAR: modelling • I gruppi funzionali essenziali sono l’ossidrile e l’aminogruppo; • L’anello I lega le coppie U 1406 U 1495 e C 1407 G 1494, essenziali quindi per un’interazione efficace; • La tasca creata da A 1492 e dalla coppia A 1408 A 1493 si lega all’anello II della Paramomicina, questo legame fa shiftare G 1491 al di sopra della sua naturale posizione; • Gli anelli III e IV rafforzano le interazioni principali, legando il solco maggiore dell’r-RNA tramite i propri gruppi –OH ed –NH2; • La coppia C 1409 G 1491 accomoda il legame dell’aminoglicoside nella tasca, perciò la presenza di una base errata in questa posizione impedisce la formazione del legame; • La conformazione assunta deve soddisfare le costrizioni steriche ed elettrostatiche del sito di legame. Spiazzamento ioni bivalenti e ruolo del solvente Aminoglicosidi come metal mimics Ponti H stabilizzano i complessi Meccanismi di Resistenza • Riduzione dell’ingresso e/o accumulo del farmaco all’interno del batterio (fenomeni adattativi di impermeabilizzazione della membrana); • Espressione di enzimi batterici che modificano gli aminoglicosidi e li rendono inattivi(AAC,ANT,APH); • Modificazione del sito di legame ribosomiale (mutazione puntiforme). Espressione di enzimi batterici Strategie per superare l’inattivazione enzimatica • Studi di relazione struttura attività: effettuati a partire da un lead compound sul quale vengono apportate delle sostituzioni; • Studi di Drug Targeting: l’individuazione dell’esatta struttura dei targets (RNA e/o enzima), consente di ottenere composti selettivi nei confronti del bersaglio biologico (RNA). Studi di relazione struttura attività OH *Idrossimetilazione in 1 *Fluorinazione in 2' ed in 5 *Alchilazione ed acetilazione del 2' amino *Inversione chiralità in 5 *Fluorinazione in 3' *Rimozione dell'OH in 3' *Fluorinazione in 4' APH (3') AAC (2') ANT (4') OH 2' O HO H2N H2N O 3'' HO OH O 6 NH2 4 O NH2 H2N 1 ANT (2'') AAC (6') 3 * Alchilazione in 6' amino *Introduzione di aa e peptidi in 6' *Idrossimetilazione in 1 APH (2'') *Aminazione in 2'' *Acilazione in 2'' *Fluorinazione in 2'' e in 5 *Idrossimetilazione in 1 *Aminoacilazione in 1 *Inversione della chiralità in 5 *2''-oxo derivatio 5-fluoro derivati 6' OH AAC (3) *Fluorinazione in 5 *Idrossimetilazione in 1 *Aminoacilazione in 1 *Alchilazione in 1 *Inversione chiralità in 5 Studi di relazione struttura attività OH 2' (H2N)HO 6' O OH 5A 5B NH2 OH 2' 5C OH 2' ON2 HO O-ADP O- NH2 P O- O APH H 5D HO 6' O OH NH2 O P - O HO Analoghi deaminati della Kanamicina A B O 2' O 3 6' O - OH 6' CH O OH 6' O OH N NH2 + O-ADPO O P - O O 2' HO 6' O Enz-Nu - O HO O OH 6' O P NH2 - O O 2' O R OH NH2 H+ S O HO 6' O Inattivazione enzimatica OH NH2 + ADP Analoghi che mimano lo stato di transizione Uso di solfonammidi isochinoliniche come inibitori di protein chinasi SAR degli Aminoglicosidi di ultima generazione: Piramnicina e TC005 • • • • L’aminogruppo è ancorato saldamente alla tasca e non è riconosciuto dall’enzima L’introduzione di sostituenti sull’anello III e IV, carichi come la guanidina o neutri come il gruppo metilico o aromatico, hanno portato ad un aumento dell’interazione carica-carica o dell’interazione di van der Waals, con il risultato finale di agevolare il legame aminoglicoside-RNA e ostruire quello aminoglicoside-enzima Il composto ottenuto è molto diverso dal lead originario ma mantiene un’elevata potenza ed al tempo stesso evita l’inattivazione enzimatica Introducendo in N1 della Piramnicina un acido 4-amino-2idrossibutanoico, è stato ottenuto un composto TC005, che ha gli stessi vantaggi del lead e ridotta tossica renale perché escreto in minima parte tramite tale emuntorio. SAR degli Aminoglicosi di ultima generazione: Piramnicina e TC005 Studi di Drug Targeting: complesso APH(3’)-IIIa-Kanamicina o Neomicina APH(3’)-IIIa-aminoglicoside t-RNA:Detossificazione di APH(3’)-IIIa Studi di Drug Targeting Neomicina-APH(3’)-IIIa Kanamicina-APH(3’)-IIIa Studi di Drug Targeting:SAR sottositi di APH(3’)-IIIa Studi di Drug Targeting: SAR Neomicina B-Paramomicina I/APH • Le conformazioni di Neomicina B e Paramomicina I nel sito target sono identiche; • I gruppi funzionali impiegati nel legame con APH(3’)-IIIa sono identici a quelli utilizzati nel legame col ribosoma; • Esistono significative differenze per ciò che concerne le interazioni di van der Waals. Studi di Drug Targeting: interazioni di van der Waals APH(3’)-IIIa Neomicina B-Paramomicina I Kanamicina A-Gentamicina Sito A ribosoma E.coli Conclusioni e Prospettive Future • Molecular mimicry ed effetto decoy: strategie fondamentali per lo sviluppo (design) di nuovi aminoglicosidi in grado di interagire con il sito A ribosomiale ma incapaci di legare APH(3’)-IIIa, in definitiva più efficaci perché non inattivati e meno tossici.