À propos dinhibiteurs et de pharmacologie au début du xx ième siècle, on ne connaissait que 3...
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À propos d’inhibiteurset de pharmacologie
Au début du XXième siècle, on ne connaissait que 3 médicaments:
- Digitaline (stimulant cardiaque, extrait de la digitale)
- Quinine (contre la malaria, extraite d’une plante péruvienne, cinchon, amenée en Europe par les jésuites)
- Mercure (!) (utilisé contre la syphilis)
Comment va agir une drogue
- Modification de la fonction d’un récepteur dans un organisme ou dans un agent pathogène qui l’envahit.
- Ligand ± spécifique pour un enzyme, un canal, une protéine de signalisation.
- Très souvent un antagoniste
Le développement d’une drogue potentielle
Celles des dix dernières années sont le résultat du screening d’un très grand nombre de produits synthétiques ou naturels
Les premiers tests se font in vitro-Liaison à une enzyme impliquée dans la pathologie considérée-Toxicité envers un souche bactérienne donnée-Effet sur des lignées de cellules de mammifères
Les tests sur des animaux viennent ultérieurement
Molécule candidate avec effet désiré : LEAD COMPOUND
Un bon lead: KD < 1M (minimiser liaisons non spécifiques et assurer un dose thérapeutique faible).
Mesures communes de l’effet d’un drogue:
-IC50: [ ] produisant 50% inhibition de l’enz.
-ED50: dose qui donne un effet thérapeutique chez 50% des sujets
-TD50: dose moyenne pour produire un effet toxique
-LD50: dose léthale pour 50% des sujets
IC50 pour une enzyme Michaélienne
MI
I
KI
M
MI
K
SKICI
/vv
SK
SK
v
v
I
][1][][
inhib.) (50% 5,0 quand
][1
][
50
0
][0
TD50/ ED50 = Index thérapeutique
SARs et QSARsquantitative structure-activity relationships
À partir d’un lead, on peut tenter le design d’un produit plus efficace en lui substituant des groupes methyl- chloro- hydroxyl- benzyl-
Pour la plupart des drogues actuelles, de 5 à 10 000 composés dérivés sont synthétisés.
La démarche peut suivre une certaine logique. Ainsi, un groupe phényl d’un lead qui interagit avec une surface plate d’un récepteur donnera un composé à faible affinité si on replace le phényl par un cyclohexyl (non plan)
L’idée de base de QSAR repose sur la prémisse qu’il existe une relation mathématique simple entre l’activité biologique d’un produit et ses propriétés physicochimiques.
Imaginez que l’hydrophobicité soit importante pour obtenir un effet, on sera tenté de changer des substituants pour modifier cette ppté.
L’hydrophobicité est généralement formulée par un coefficient de partition, P tel que
eaul' dans ] [
octanoll' dans ] [P
21 log1
log kPkC
322
1 loglog1
log kPkPkC
Les constantes (k) sont des indicateurs de la contribution du paramètre considéré à l’activité biologique
L’hydrophobicité n’est qu’un paramètre, on peut établir ce genre de relation pour le pKa, le rayon de VdW, l’énergie de liaison -H
log(1/C)
log P
log(1/C)
log P
Approche combinatoiremake-many-compounds-ans-see-what-they-do
N
O
R1
O
R2CHO
N
O
R1
O
R2
R1 NH
O
R2
O
HN
R3R3NH2
La synthèse parallèle avec 10 variations de R1, R2 et R3 donne 1000 produits différents.
La cible du produit finalbusiness is the end point
La forme commune d’administration est par voie orale. Les barrières à surmonter sont:
1. Résistance aux enzymes digestives et au pH de l’estomac (1)
2. Absorption du trct. gastrointest. vers circulation sangu.
3. Minimiser la liaison aux protéines du plasma (albumines) et aux tissus adipeux.
4. Résister à la détoxification par le foie
5. Éviter excrétion rénale rapide.
6. Passer facilement des capillaires vers les tissus.
7. Traverser la barrière hématoencéphalique le cas échéant (bloque les substances polaires)
8. Atteindre une cible intracellulaire, le cas échéant.
La biodisponibilité sera donc une fonction de la dose et de la pharmacocinétique* de la substance considérée.*Décrit interaction avec les barrières citées
Évidemment, les barrières 1 et 2 sont contournables par injection.
Règles empiriques de Lipinski
Un composé aura un faible absorption (perméation) si …
1. P.M. 500 D , question de solubilité et passage au travers des membranes.
2. Possède plus de 5 donneurs de liens –H (groupes NH ou OH) ou plus de 10 accepteurs de liens –H (atomes N ou O), question de polarité.
3. Log P 5 et 6< pKa<8, question de solubilité aqueuse et de passage des formes neutres au travers des membranes.
Toxicité et essais cliniquessécurité et efficacité chez humain
Phase I. Essais sur 20-100 volontaires sains, sauf si le composé est hautement toxiques (chimiothérapie). Dans ce cas, les volontaires sont des malades souffrant de la maladie cible.
Phase II. Essais sur 100-500 malades volontaires. Dose, fréquence, effets secondaires. Tests en simple aveugle contre un placebo, à moins que la maladie soit mortelle. On administre alors le traitement courant au lieu d’un placebo.
Phase III. Recherche de réactions adverses sur 1000-5000 patients. Tests en double aveugle contre des contrôles.
Le temps et l’argent
Pour 1000 composés testés dans des essais pré-cliniques (~ 3 ans), 1 seul atteint l’étape des essais cliniques (7-10 ans).
Taux de succès: 40% Phase I, 50% Phase II
Coût: ~ 300 x 106 USD / composé
Après la mise en marché, 1 réaction adverse pour 10 000 individus entraine le retrait du produit. (Phase IV)
Expl. Le cas de fen-phen (1997)
H2C CH
CH3
HN
CF3
H2C CH3
Fenfluramine
H2C C
CH3
CH3
NH2
Phentermine
Métabolisme des droguesCytochrome P450
Une famille de ~100 isoformes de monooxygénases
RH + O2 + 2H+ + 2 e-ROH + H2O
NADPH
Inhibiteurs des enzymes-clés de HIV-1
… en chiffres
- 30 millions de décès en 2002
- 42 millions de séropositifs
- 5 millions de nouveaux cas/an
1ière cible: Transcriptase inverse
ON
N
HOH2C
+N-N
N
O
O
CH3
3’-Azido-3’-deoxythymidine (AZT; zidovudine)*
Problème 1: toxicité pour cell. moelle osseuse oblige à de faibles dosages
Problème 2: transcriptase inverse, contrairement aux DNA polymérases ne corrige pas ses erreurs de transcription (~1/104 pb)
Or, le génome de HIV-1 est d’~ 10 000 pb. Ainsi, à un taux de 1 mutation par génome, sous la pression sélective de l’AZT, la transcriptase aura tôt fait de développer une résistance.
* Synthétisé en 1964 comme agent anticancéreux. Il était inefficace.
2ième cible: Protéase de Hiv-1
Comme d’autres retrovirus, Hiv-1 synthétise des polyprotéines qui ne sont séparées par une protéase, faisant partie elle-même d’une polyprotéine, qu’après que le virion soit sorti de la cell. hôte. Sous la forme polyprotéine, le virion est non-infectieux.
Cette protéase est donc une cible thérapeutique de choix. C’est une protéase aspartique.
Protéases à aspartate (protéases acides)
Famille protéolytique avec signature de site actif ASP-THR/SER-GLY
Les plus connues:
pepsine (digest. stomacale)
chymosine(rennine) (digest. veau & bébé h.s.)
cathepsines (lysosomiales)
renine (→ angiotensine I)
-secretase (memapsine 2) (→ -amyloides)
Pepsine porcine
326 aa., Les D32 et D215 sont illustrés en spacefill CPK
La crevasse centrale peut lier 8 résidus étirés en feuillet
Mécanisme
C
N
R,
H
R
O
ASP
O
H
O O-
ASP
O
H
O
H
C
N
R,
H
R
O
ASP
-O
H
O O
ASP
O
H
O
H
CN
R,
HR
O
ASP
O
H
O -O
ASP
O
OH
H
Complexe Michaélien Intermédiaire tétrahédrique
Produits
Protéase de Hiv-1
Homodimère
Les deux D25 sont en spacefill CPK
Peptide hypothétique ds site
Analogues de lien peptidique (isostères) qu’on pourrait tester comme inhibiteur de la protéase
Et les composés peptidomimétiques commercialisés
Faute d’inhibiteur convenable, on peut se faire fabriquer une enzyme convenable
N
O
O
OCH3H3C
O
HO O
N
OH
O
OCH3H3C
Ecgonine - méthyl ester
Ac. benzoïque
+*
*N
O
O
OCH2
H2C
P
O-
OH