Chemogenomika
Chemogenomika lub genomika chemiczna to systematyczne badanie przesiewowe ukierunkowanych bibliotek chemicznych małych cząsteczek pod kątem poszczególnych docelowych rodzin leków (np. GPCR , receptory jądrowe , kinazy , proteazy itp.) z ostatecznym celem identyfikacji nowych leków i celów leków. Zazwyczaj dobrze scharakteryzowano niektórych członków docelowej biblioteki, gdzie określono zarówno funkcję, jak i związki, które modulują funkcję tych celów ( ligandy w przypadku receptorów , inhibitory enzymów lub blokery kanałów jonowych ). Inni członkowie docelowej rodziny mogą mieć nieznaną funkcję bez znanych ligandów i dlatego są klasyfikowani jako receptory sieroce . Identyfikując trafienia przesiewowe, które modulują aktywność mniej dobrze scharakteryzowanych członków rodziny docelowej, można wyjaśnić funkcję tych nowych celów. Co więcej, trafienia dla tych celów mogą być wykorzystane jako punkt wyjścia do odkrywania leków . Zakończenie projektu ludzkiego genomu dostarczyło wielu potencjalnych celów interwencji terapeutycznej. Chemogenomics stara się zbadać przecięcie wszystkich możliwych leków na wszystkie te potencjalne cele.
Typową metodą konstruowania docelowej biblioteki chemicznej jest włączenie znanych ligandów co najmniej jednego, a korzystnie kilku członków docelowej rodziny. Ponieważ część ligandów, które zostały zaprojektowane i zsyntetyzowane do wiązania się z jednym członkiem rodziny, będzie również wiązać się z dodatkowymi członkami rodziny, związki zawarte w docelowej bibliotece chemicznej powinny łącznie wiązać się z wysokim odsetkiem docelowej rodziny.
Strategia
Chemogenomika integruje odkrywanie celu i leku , wykorzystując związki aktywne, które działają jako ligandy, jako sondy do charakteryzowania funkcji proteomu . Interakcja między małym związkiem a białkiem indukuje fenotyp. Po scharakteryzowaniu fenotypu możemy powiązać białko ze zdarzeniem molekularnym. W porównaniu z genetyką techniki chemogenomiczne są w stanie modyfikować funkcję białka, a nie genu. Ponadto chemogenomika jest w stanie obserwować interakcję, a także odwracalność w czasie rzeczywistym. Na przykład modyfikację fenotypu można zaobserwować dopiero po dodaniu określonego związku i przerwać po jego wycofaniu z pożywki.
Obecnie istnieją dwa eksperymentalne podejścia chemogenomiczne: chemogenomika do przodu (klasyczna) i chemogenomika do tyłu. Chemogenomika do przodu próbuje zidentyfikować cele leku poprzez poszukiwanie cząsteczek, które nadają określony fenotyp komórkom lub zwierzętom, podczas gdy chemogenomika odwrotna ma na celu potwierdzenie fenotypów poprzez poszukiwanie cząsteczek, które oddziałują specyficznie z danym białkiem. Oba te podejścia wymagają odpowiedniego zbioru związków i odpowiedniego systemu modelowego do przeszukiwania związków i szukania równoległej identyfikacji celów biologicznych i związków biologicznie czynnych. Związki biologicznie czynne odkryte za pomocą metod chemogenomiki do przodu lub do tyłu są znane jako modulatory, ponieważ wiążą się z określonymi celami molekularnymi i modulują je, dzięki czemu mogą być stosowane jako „leki ukierunkowane”.
Do przodu chemogenomika
W chemogenomice forward, znanej również jako chemogenomika klasyczna, badany jest określony fenotyp i identyfikowany jest mały związek oddziałujący z tą funkcją. Podstawa molekularna tego pożądanego fenotypu jest nieznana. Po zidentyfikowaniu modulatorów zostaną one użyte jako narzędzia do poszukiwania białka odpowiedzialnego za fenotyp. Na przykład fenotyp utraty funkcji może oznaczać zatrzymanie wzrostu guza. Po zidentyfikowaniu związków, które prowadzą do docelowego fenotypu, kolejnym krokiem powinna być identyfikacja docelowych genów i białek. Główne wyzwanie przyszłej strategii chemogenomicznej polega na zaprojektowaniu testów fenotypowych, które prowadzą bezpośrednio od badań przesiewowych do identyfikacji celu.
Odwrócona chemogenomika
W chemogenomice odwrotnej zostaną zidentyfikowane małe związki, które zaburzają działanie enzymu w kontekście testu enzymatycznego in vitro. Po zidentyfikowaniu modulatorów fenotyp indukowany przez cząsteczkę jest analizowany w teście na komórkach lub całych organizmach. Ta metoda pozwoli zidentyfikować lub potwierdzić rolę enzymu w odpowiedzi biologicznej. Odwrócona chemogenomika była praktycznie identyczna z podejściami opartymi na celu, które były stosowane w odkrywaniu leków i farmakologii molekularnej w ciągu ostatniej dekady. Strategia ta jest teraz udoskonalona dzięki równoległemu badaniu przesiewowemu i możliwości przeprowadzania optymalizacji potencjalnych klientów na wielu celach należących do jednej rodziny celów.
Aplikacje
Określenie sposobu działania
Chemogenomika została wykorzystana do określenia sposobu działania (MOA) w tradycyjnej medycynie chińskiej (TCM) i ajurwedzie . Związki zawarte w tradycyjnych lekach są zwykle lepiej rozpuszczalne niż związki syntetyczne, mają „uprzywilejowane struktury” (struktury chemiczne, które częściej wiążą się w różnych organizmach żywych) oraz mają bardziej wszechstronnie poznane czynniki bezpieczeństwa i tolerancji. Dlatego też czyni je szczególnie atrakcyjnymi jako źródło struktur ołowiu podczas opracowywania nowych jednostek molekularnych. Bazy danych zawierające struktury chemiczne związków stosowanych w medycynie alternatywnej wraz z ich efektami fenotypowymi, analiza in silico mogą być przydatne do określania MOA, na przykład poprzez przewidywanie docelowych ligandów, które były istotne dla znanych fenotypów dla tradycyjnych leków. W studium przypadku dotyczącym TCM oceniono klasę terapeutyczną „leku tonizująco-regenerującego”. Działania terapeutyczne (lub fenotypy) dla tej klasy obejmują działanie przeciwzapalne, przeciwutleniające, neuroprotekcyjne, hipoglikemiczne, immunomodulujące, przeciwprzerzutowe i hipotensyjne. Białka transportujące glukozę sodową i PTP1B (regulator sygnalizacji insuliny) zidentyfikowano jako cele, które łączą się z sugerowanym fenotypem hipoglikemii. Studium przypadku dotyczące ajurwedy dotyczyło preparatów przeciwnowotworowych. W tym przypadku program przewidywania celu został wzbogacony o cele bezpośrednio związane z progresją nowotworu, takie jak 5-alfa-reduktaza steroidowa i cele synergistyczne, takie jak pompa wypływowa P-gp . Te powiązania fenotypu docelowego mogą pomóc w identyfikacji nowych MOA.
Poza TCM i Ajurwedą, chemogenomikę można zastosować na wczesnym etapie odkrywania leków, aby określić mechanizm działania związku i wykorzystać genomowe biomarkery toksyczności i skuteczności do zastosowania w badaniach klinicznych fazy I i II.
Identyfikacja nowych celów dla leków
Profilowanie chemogenomiczne może być wykorzystane do identyfikacji zupełnie nowych celów terapeutycznych, na przykład nowych środków przeciwbakteryjnych. W badaniu wykorzystano dostępność istniejącej biblioteki ligandów dla enzymu zwanego murD, który jest wykorzystywany w szlaku syntezy peptydoglikanu. Opierając się na zasadzie podobieństwa chemogenomicznego, naukowcy zmapowali bibliotekę ligandów murD do innych członków rodziny ligaz mur (murC, murE, murF, murA i murG), aby zidentyfikować nowe cele dla znanych ligandów. Oczekuje się, że zidentyfikowane ligandy będą inhibitorami Gram-ujemnymi o szerokim spektrum działania w testach eksperymentalnych, ponieważ synteza peptydoglikanu jest wyłączna dla bakterii. Badania dokowania strukturalnego i molekularnego ujawniły kandydatów na ligandy dla ligaz murC i murE.
Identyfikacja genów w szlaku biologicznym
Trzydzieści lat po określeniu potranslacyjnie zmodyfikowanej pochodnej histydyny, diftamidu , wykorzystano chemogenomikę do odkrycia enzymu odpowiedzialnego za ostatni etap jego syntezy. Diptamid jest potranslacyjnie zmodyfikowaną resztą histydyny znajdującą się na współczynniku elongacji translacji 2 (eEF-2). Znane są dwa pierwsze etapy szlaku biosyntezy prowadzącego do diptyny, ale enzym odpowiedzialny za amidowanie diptyny do diftamidu pozostaje tajemnicą. Naukowcy wykorzystali Saccharomyces cerevisiae . Dane cofitness to dane przedstawiające podobieństwo przystosowania wzrostu w różnych warunkach między dowolnymi dwoma różnymi szczepami delecji. Przy założeniu, że szczepy pozbawione genu syntetazy diftamidu powinny wykazywać wysoką zgodność ze szczepem pozbawionym innych genów biosyntezy diftamidu, zidentyfikowali ylr143w jako szczep o najwyższej zgodności ze wszystkimi innymi szczepami pozbawionymi znanych genów biosyntezy diftamidu. Kolejne testy eksperymentalne potwierdziły, że YLR143W był wymagany do syntezy diftamidu i był brakującą syntetazą diftamidu.
Zobacz też
- Biologia chemiczna
- Genetyka chemiczna
- Odkrycie narkotyków
- Skanowanie o wysokiej przepustowości
- Medycyna spersonalizowana
- Badania fenotypowe
Dalsza lektura
- Folkers G, Kubinyi H, Müller G, Mannhold R (2004). Chemogenomika w odkrywaniu leków: perspektywa chemii medycznej . Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-30987-0 .
- Jacoby E. (2009). Chemogenomika: metody i zastosowania . Totowa, NJ: Humana Press. ISBN 978-1-60761-273-5 .
- Weill N. (2011). „Podejścia chemogenomiczne do eksploracji przestrzeni GPCR”. Aktualne tematy z chemii medycznej . 11 (15): 1944–55. doi : 10.2174/156802611796391212 . PMID 21470168 .
Linki zewnętrzne
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
