glikorandomizacja

Glycorandomization to platforma technologii odkrywania i opracowywania leków , która umożliwia szybką dywersyfikację bioaktywnych małych cząsteczek, wiodących leków i/lub zatwierdzonych leków poprzez przyłączanie cukrów. Początkowo opracowany jako łatwa metoda manipulowania substytucjami węglowodanów naturalnie występujących glikozydów w celu uzyskania odpowiednich produktów naturalnych o zróżnicowanej glikozylacji , zastosowania glikorandomizacji rozszerzyły się, obejmując zarówno małe cząsteczki (wiodące leki i zatwierdzone leki), jak i nawet makrocząsteczki ( białka ). Glikorandomizacja, zwana także „glikodywersyfikacją”, doprowadziła do odkrycia nowych analogów glikozydów, które wykazują lepszą siłę działania, selektywność i/lub ADMET w porównaniu z cząsteczką macierzystą.

Klasyfikacja

Tradycyjną metodą przyłączania cukrów do produktów naturalnych, leków lub tropów leków jest chemiczna glikozylacja . To klasyczne podejście zazwyczaj wymaga wielu etapów zabezpieczania/odbezpieczania oprócz kluczowej reakcji anomerycznej aktywacji/sprzęgania, która w zależności od pary donor/akceptor glikozylu może prowadzić do mieszaniny anomerów . W przeciwieństwie do klasycznej chemicznej glikozylacji, metody glikorandomizacji są rozbieżne ( tj . odbiegają od wspólnego materiału wyjściowego, patrz rozbieżna synteza ) i nie są zależne od cukru/ aglikonu zabezpieczenie/odbezpieczenie lub anomeryczna aktywacja cukru. Opracowano dwie uzupełniające się strategie osiągania glikorandomizacji/dywersyfikacji: strategię opartą na enzymach określaną jako „chemoenzymatyczna glikorandomizacja” oraz metodę chemoselektywną znaną jako „neoglikorandomizacja”. Obie metody rozpoczynają się od wolnych cukrów redukujących i docelowego aglikonu , aby uzyskać bibliotekę związków, które różnią się wyłącznie cukrami dołączonymi do docelowego produktu naturalnego, leku lub ołowiu leku.

Chemoenzymatyczna glikorandomizacja

Chemoenzymatyczna glikorandomizacja została zainspirowana wczesną pracą nad inżynierią szlaków Hutchinsona i współpracowników, która sugerowała, że ​​glikozylotransferazy będące produktem naturalnym były zdolne do wykorzystania nienatywnych dawców nukleotydów cukrowych. Początkowa platforma chemoenzymatycznej glikorandomizacji była oparta na zestawie dwóch wysoce permisywnych enzymów aktywujących cukier (cukrowa anomeryczna kinaza i nukleotydylotransferaza cukrowo-1-fosforanowa ), aby zapewnić biblioteki nukleotydów cukrowych jako dawców tych rozwiązłych glikozylotransferaz gdzie przepuszczalność odpowiedniej kinazy cukrowej i nukleotydylotransferazy została rozszerzona przez inżynierię enzymatyczną i ukierunkowaną ewolucję . Pierwsze zastosowanie tej strategii trzech enzymów (kinaza, nukleotydylotransferaza i glikozylotransferaza) umożliwiło otrzymanie zestawu >30 różnie glikozylowanych wankomycyn , których niektórzy członkowie byli dalej zróżnicowani chemoselektywnie dzięki instalacji cukrów z chemoselektywnymi uchwytami. Ta platforma enzymatyczna została dalej rozwinięta poprzez ewolucję glikozylotransferazy i wykorzystanie odkrycia odwracalności reakcji katalizowanych przez glikozylotransferazę, po raz pierwszy odkrytych w kontekście biosyntezy kalicheamycyny .

Neoglikorandomizacja

Neoglikorandomizacja to chemoselektywna metoda glikodywersyfikacji zainspirowana reakcją „neoglikozylacji” opartą na alkoksyaminie, opisaną po raz pierwszy przez Peri i Dumy. Ta reakcja przebiega przez związek pośredni oksy-iminiowy, aby ostatecznie dostarczyć neoglikozyd o bardziej uprzywilejowanym termodynamicznie pierścieniu zamkniętym. Reakcja neoglikozylacji jest kompatybilna z szerokim zakresem funkcji sacharydowych i aglikonowych, gdzie stereospecyficzność anomeryczna neoglikozydu jest sterowana termodynamicznie. Co ważne, badania strukturalne i funkcjonalne ujawniają, że neoglikozydy służą jako dobre imitacje ich O -glikozydowe komparatory. Pierwszy dowód koncepcji neoglikorandomizacji koncentrował się na digitoksynie , w przypadku której szybkie wytwarzanie i badanie cytotoksyczności linii komórek nowotworowych 78 neoglikozydów digitoksygeniny ujawniło unikalne analogi o ulepszonej aktywności przeciwnowotworowej i zmniejszonym potencjale kardiotoksyczności. Platforma ta została od tego czasu zautomatyzowana i wykorzystywana jako skuteczne narzędzie chemii medycznej do modulowania właściwości szeregu produktów naturalnych i leków farmaceutycznych .

Porównanie

Zarówno chemoenzymatyczna glikorandomizacja, jak i neoglikorandomizacja wykorzystują wolne cukry redukujące i niezabezpieczone aglikony, co stanowi znaczący postęp w stosunku do klasycznych metod glikozylacji. Godną uwagi zaletą podejścia enzymatycznego jest wykorzystanie odpowiednich genów kodujących permisywne kinazy, nukleotydylotransferazy i/lub glikozylotransferazy do biologii syntetycznej in vivo aplikacje umożliwiające glikorandomizację in vivo. Należy jednak zauważyć, że platforma enzymatyczna zależy od permisywności zastosowanych enzymów. Natomiast główną przeszkodą w chemoselektywnej neoglikorandomizacji jest instalacja uchwytu alkoksyloaminy. W przeciwieństwie do podejścia enzymatycznego, anomeryczna stereoselektywność metody chemoselektywnej zależy od zastosowanego cukru redukującego i może w niektórych przypadkach prowadzić do mieszanin anomerycznych.

Używa

Glikorandomizacja jest stosowana w przemyśle farmaceutycznym i środowisku akademickim do zmiany wzorców glikozylacji produktów naturalnych zawierających cukier lub do dołączania cukrów do leków / tropów leków. Zapewnia szybki sposób na zbadanie wpływu subtelnej modyfikacji cukru na właściwości farmakologiczne analogów produktów naturalnych, zapewniając w ten sposób nowe podejście do odkrywania leków.