סריקה ממוחשבת אחר אנטגוניסט לקולטן אלפא 1a המעורב בוויסות לחץ דם במחלות במערכת העצבים המרכזית

הקולטן האדרנרגי אלפא 1 מעורב, בין היתר, בוויסות לחץ הדם על ידי השפעה על טונוס שרירי כלי הדם. חוסמים לקולטנים אלו, כגון indoramin, ניתנים לטיפול בלחץ דם גבוה, בעוד אחרים, כגון prazosin, נחשבים כיעילים לטיפול בערמונית מוגדלת. קולטנים אלה משתייכים למשפחת קולטנים מסוג G מצומדים (G-protein coupled receptors), המעורבים בפעילויות פיזיולוגיות ופתולוגיות רבות בגוף האדם. מלבד היותו של הקולטן אלפא 1 מווסת לחץ דם, קיימים קולטנים נוספים ממשפחת קולטנים זו המעורבים במחלות של מערכת העצבים המרכזית, כמו סכיזופרניה (D2/5-HT2A), דיכאון ומיגרנה (5-HT1), באלרגיה (H1) ובאסטמה (2β). לא מפליא אפוא שקולטנים אלו מהווים מטרה מועדפת לפיתוח תרופות.

בשנים האחרונות התפתחו טכנולוגיות חדשות כגון High Throughput Screening, טכנולוגיות קומבינטוריות, שיטות פיתוח תרופות מונחות מבנה ((Structure based drug  design וספריות תרכובות אדירות ממדים. התפתחויות אלה הסיטו את המבחנים לצורך פיתוח תרופות ממבחנים בחיות למבחנים מכווני מטרה in vitro. תרגום פעילות התרופה in vitro לפעילותה in vivo נותר אתגר ומכשול, כאשר הטכנולוגיה של מודלים חישוביים של התרופה in silico (בעזרת מחשב) מנסה לגשר על הפער. מודלים חישוביים אלו מנסים כבר בשלבים הראשוניים לנבא את מידת פעילות התרופה ותכונותיה בגוף, כגון ספיגה, פיזור, מטבוליזם והפרשה. ניבוי פעילות תרופה במבחנה בעזרת מודלים חישוביים יכול לחסוך זמן וכסף הדרושים לבניית המולקולות והבחינה הביולוגית שלהם.

לפני מספר חודשים ערכה חברת אבנטיס ניסוי מעניין שאת תוצאותיו אנו מביאים בכתבה זו. מטרתו של ניסוי זה היא למצוא מולקולות חדשות בעלות תכונות אנטגוניסטיות לקולטן אלפא 1a. מדעני החברה השתמשו בשיטות חישוביות לסינון ספריות וירטואליות של מולקולות הנבנות באמצעות מחשב -Computational Virtual Screening . הסריקה בוצעה על קולטן מסוג G מצומד, במטרה לאפיינו כמודל חלבוני לקולטן. בשלב ראשון, נבנה מודל והושווה עם מבנה מוכר של קולטן ממשפחת קולטנים זו שאופיין בעבר. בנוסף, נבדקו כל הסריקות שבוצעו בשנים האחרונות לקולטן זה, תוך שימת דגש על אפיון אתרי הקישור והתצורה הגיאומטרית שלהם במרחב. תוצאות הסריקה הממוחשבת הושוו עם התוצאות עליהן דווח במאגר הנתונים הממוחשב העולמי, ה-MDDR(MDL Drug Data Report). מאגר זה מכיל מעל 140,000 תרכובות לגביהן הצטבר ידע כלשהו מפטנטים, ספרות מדעית, כנסים או חברות מסחריות. השוואה זו והסינון שבא בעקבותיה מהווים אימות (validation) לממצאי הקבוצה ומסירים את השגיאות שעלולות להיווצר בבדיקה בודדת.

החוקרים הזינו במחשבי החברה 50 מולקולות, שעל פי המחשב הן בעלות תכונות אנטגוניסטיות לקולטן אלפא 1a, ובנוסף, עוד כ-990 מולקולות שנבחרו באופן אקראי ושלא דווח עליהן כבעלות פעילות אנטגוניסטית לקולטן עד כה. מולקולות אלו עברו מספר סינונים כך שככל שיעלו ברמת הסינון, תצטמצם הרשימה המקורית ותגדל הספציפיות של המולקולות לקולטן. בשלב סינון זה עברו המולקולות דירוג, בהתאם לחיזוי המחשב, ליכולתן להיכנס לאתר הפעיל של הקולטן מסוג G המצומד, אותו אפיינו כמודל חלבוני לאלפא .1a חיזוי המחשב מתבסס על נתונים שהוזנו לו על ידי החוקרים. קיימים קריטריונים שונים בהם השתמשו החוקרים לצורך דירוג וסינון המבנים באמצעות הסריקה הממוחשבת. הם השתמשו במודלים מתמטיים, כמו משוואת רגרסיה ליניארית לניבוי פעילותו הביולוגית של כל אחד מ-1,040 המבנים בשיטת התאמת מבנה לפעילות (SAR-Structure Activity Relationship). בסינון נוסף התאימו החוקרים את המולקולות השונות לפי פארמקופור-הסידור המרחבי המינימאלי של קבוצות בקולטן, הדרוש לשם היווצרות אינטראקציות עם הליגנד והאחראי על הפעילות הפרמקולוגית של התרופה (ציור 1).

הסינון הסופי מבוסס על עגינה ודירוג מידת הקישור (docking & scoring) של המולקולות הנבחנות לאתר הפעולה של הקולטן. מבנה אתר המטרה, הקולטן מסוג G המצומד, משמש בסינון זה כתבנית לצורך חישוב מידת התאמתן של המולקולות על ידי זיהוי מצב הקישור המיטבי (ציור 2). מולקולה מוצלחת נחשבת כזו שתראה אפקט של 50% בעיכוב המטרה, בריכוז של Mµ10~(IC50) לכל היותר, מתוך הנחה כי בהמשך ניתן יהיה להביאה לפעילות בריכוזים נמוכים יותר של 1-10nM.

לאחר אימות המודל בעזרת סריקתן של 1,040 המולקולות, עברו החוקרים לסריקתן של 23,000 מולקולות המצויות במאגרי החברה, מתוך רצון למצוא מועמדות להיות אנטגוניסטים לקולטן אלפא .1a תוצאות הסריקה הווירטואלית מראות כי 37 מולקולות (מתוך ה-23,000) הציגו מידת אפיניות של מתחת ל-10µM, מתוכם 13 הציגו מידת התאמה שבין 10 ל-1µM, ארבע עשרה בין 1µM ל-100nM, שבע מולקולות בין  100 ל-nM 10, ו-3 המולקולות בעלות הפוטנציאל הרב ביותר לשמש כאנטגוניסט לקולטן אלפא 1a הראו מידת אפיניות של 1-10nM. מעניין לציין שעל חלק מ-37 מולקולות סופיות אלו לא דווח עד כה כאגוניסטים או אנטגוניסטים לקולטן זה בשום מאגר מידע. מסקנות המחקר מוכיחות כי ניתן להתבסס על מבנה ממוחשב למציאת מועמדים למולקולות אנטגוניסטיות לקולטנים ממשפחת ה-G המצומדים.

אין ספק כי הכימיה התרופתית משנה את פניה בקצב מואץ. העבודה הקלאסית של זיהוי וגילוי תרכובת ראשונית, סינתזה, בדיקה במבחנה באמצעות תרביות תאים או חיידקים ובהמשך ניסויים בחיות או בבני אדם, מואצות בעזרת שיטות ממוחשבות הנעזרות במאגרי מידע אדירים ובטכנולוגיות חדישות. אמנם המודלים הממוחשבים לא יחליפו את השיטות הניסיוניות אך הן כלי עזר חשוב, בעיקר בשלב הראשוני והחשוב של מציאת "תרכובת מובילה", הנתפשת בעיני רבים כחוליה החלשה והיקרה בתהליך גילוי תרופה חדשה. יתרון נוסף של טכנולוגיה זו, כמו שהתגלה בתוצאות הניסוי של חברת אבנטיס: גם תרכובות שלא היו אמורות להציג פעילות, הציגו כזאת, לפחות באופן תיאורטי, שהרי המדע תמיד שומר על זכותו להפתיע.

הכותבים- המחלקה לכימיה תרופתית וחומרי טבע, ביה"ס לרוקחות, האוניברסיטה העברית

מקורות:

Andreas Evers and Thomas Klabunde, J. Med. Chem; 48: 1088-1097, 2005