streszczenie autora - Wydział Farmaceutyczny z O. Analityki

Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej
Nowe analogi somatostatyny jako ligandy dla jonów
miedzi (II) – potencjalne narzędzie w diagnostyce i
terapii
Aleksandra Marciniak
PRACA DOKTORSKA - streszczenie
Praca wykonana
w Katedrze i Zakładzie
Chemii Nieorganicznej
Promotor: Dr hab. Justyna Brasuń
Wrocław, 2016
Jedną z metod leczenia i diagnostyki chorób nowotworowych jest dziś terapia
celowana. Celem molekularnym w tej metodzie mogą być receptory, wśród których znaczącą
rolę odgrywają receptory somatostatynowe (sstr). Ich nadekspresję stwierdzono w wielu
rodzajach komórek patologicznych. Dzięki temu analogi somatostatyny - natywnego agonisty
sstr, mogą być używane w medycynie. Ich potencjalne zastosowanie jest bardzo szerokie,
jednakże ze względu na ograniczone działanie dotychczas używanych pochodnych, wciąż
poszukuje się nowych związków, wykazujących zbliżone działanie do naturalnego hormonu.
Analogi
somatostatyny
znajdują
swoje
zastosowanie
między
innymi
wśród
radiofarmaceutyków opartych na peptydach (ang. peptide-based radiopharmaceuticals).
Cząsteczki te są nośnikami radionuklidów w medycynie nuklearnej. Radiofarmaceutyk,
w którym wykorzystuje się pochodną somatostatyny zbudowany jest z trzech części:
cząsteczki peptydu, kompleksu radionuklidu oraz łącznika, który zapewnia stabilne
połączenie pomiędzy nimi. Tak skonstruowane leki znajdują zastosowanie zarówno
w diagnostyce jak i w terapii.
W niniejszej pracy przedstawiono nowe podejście do projektowania analogów
somatostatyny. Przedmiotem badań było tu osiem nowych pochodnych. Cztery z nich
charakteryzowały się liniową budową cząsteczki, natomiast pozostałe to peptydy cykliczne,
w których dwie reszty cysteinylowe zostały połączone mostkiem disiarczkowym (Tabela 1).
Tabela 1. Sekwencje ośmiu badanych peptydów – analogów somatostatyny.
Ala-Gly-His-Lys-Asn-Phe-Phe-Trp-Lys-Thr-Phe-Thr-Ser-His-NH2
Skrót używany
w pracy
NH2[H3,14]SST
Asn-His-Phe-Trp-Lys-Thr-His-Thr-NH2
NH2[H2,7]SST
Sekwencja peptydu
Ac- Asn-His-Phe-Trp-Lys-Thr-His-Thr-NH2
Ac[H2,7]SST
Ac-His-His-Pro-Phe-Trp-Lys-Thr-Phe-Pro-His-His-NH2
Ac[H1,2,10,11]SST
Ac-Asp-His-c(Cys-Phe-Trp-Lys-Thr-Cys)-Asp-His-NH2
Ac[D1,9H2,10]c(SST)
Ac-His-Asp-c(Cys-Phe-Trp-Lys-Thr-Cys)-His-Asp-NH2
Ac[H1,9D2,10]c(SST)
Ac-His-His-c(Cys-Phe-Trp-Lys-Thr-Cys)-His-His-NH2
Ac[H1,2,9,10]c(SST)
Ac-Asp-Asp-c(Cys-Phe-Trp-Lys-Thr-Cys)-Asp-Asp-NH2
Ac[D1,2,9,10]c(SST)
Analizowane ligandy zostały zaprojektowane w taki sposób, aby w ich sekwencji
obecny był fragment -Phe-Trp-Lys-Thr-, odpowiedzialny za aktywność biologiczną
natywnego peptydu i jego pochodnych używanych w medycynie oraz jednocześnie by mogły
koordynować jony Cu2+ bezpośrednio do łańcucha peptydowego (Rysunek 1).
a)
b)
Yyy
His
Phe
Trp
sstr
M(II)
Lys
O
DPhe Cys
O
N
In
M(II)
N
Phe
I
S
I
S
I
Thr-ol
Cys
Thr
Yyy
Cys
D-Trp
Lys
Thr
c)
N
N
O
O
O
His
Xxx
M(II)
O
Xxx
Yyy
Phe
I
S
I
S
I
Cys
Trp
sstr
NH
sstr
HN
Xxx
Lys
Thr
Rysunek 1. a) Schematyczna struktura dotychczas stosowanych radiofarmaceutyków
z analogami somatostatyny, b) schematyczna pożądana struktura kompleksów z jonem Cu2+
w badanych liniowych analogach somatostatyny, c) schematyczna pożądana struktura
kompleksów z jonem Cu2+ w badanych cyklicznych analogach somatostatyny.
Celem pracy było określenie właściwości koordynacyjnych ośmiu nowych analogów
somatostatyny względem jonów Cu2+ oraz zaproponowanie struktury powstających form
kompleksowych i określenie efektywności wiązania kationów miedzi (II) przez badane
peptydy. Aby opisywane ligandy były zdolne do efektywnego koordynowania jonu metalu
w ich sekwencję wprowadzono aminokwasy, w których w łańcuchach bocznych występowały
efektywne donory. Mowa tu o cząsteczkach histydyny i/lub kwasu asparaginowego.
W przypadku analizowanych peptydów liniowych szczególną uwagę zwrócono na
kompleksy, w których dzięki skoordynowaniu jonu metalu przez reszty histydylowe,
utworzona została struktura cykliczna, podobna do tej w natywnym peptydzie i jego
dotychczas stosowanych pochodnych.
Do określenia modeli koordynacyjnych kompleksów, powstających w badanych
układach
zastosowano
szereg
metod
analitycznych,
takich
jak:
miareczkowanie
potencjometryczne, spektroskopie UV-Vis, EPR, CD oraz spektroskopię fluorescencyjną.
Wykazano, iż wszystkie badane pochodne somatostatyny są w stanie koordynować jon
miedzi (II) bezpośrednio do łańcucha peptydowego, tworząc stabilne formy kompleksowe.
Dokonano również analizy skuteczności wiązania kationu Cu2+ przez analizowane ligandy.
Na podstawie otrzymanych wyników wyciągnięto szereg wniosków.
W przypadku dwóch analizowanych peptydów liniowych NH2[H3,14]SST oraz
NH2[H2,7]SST,
z
wolną
grupą
N-końcową,
tylko
krótszy
z
ligandów
tworzy
z jonami miedzi (II) kompleks o strukturze cyklicznej. Porównując efektywność wiązania
jonów Cu2+ przez te peptydy można zauważyć, że NH2[H2,7]SST zaczyna wiązać kation
metalu w niższym pH niż czternasto aminokwasowa pochodna. Do pH 7.5 to właśnie
NH2[H2,7]SST jest skuteczniejszym ligandem. Natomiast w miarę zaniku kompleksu
o strukturze cyklicznej w tym układzie bardziej efektywny staje się dłuższy peptyd.
Obydwa analizowane liniowe analogi somatostatyny z zablokowaną grupą
N-końcową: Ac[H2,7]SST oraz Ac[H1,2,10,11]SST, tworzą z jonami Cu2+ kompleksy
o strukturze cyklicznej. Porównanie skuteczności koordynowania kationów metali przez te
peptydy pokazało, że dużo bardziej efektywny jest ligand z czterema resztami histydylowymi.
W
grupie
analizowanych
peptydów
cyklicznych
najbardziej
skuteczny
w wiązaniu jonów miedzi (II) jest Ac[H1,2,9,10]c(SST) z czterema resztami histydylowymi
w sekwencji, natomiast najmniej skuteczny jest ligand Ac[D1,2,9,10]c(SST), który His jest
pozbawiony. W przypadku peptydów Ac[D1,9H2,10]c(SST) i Ac[H1,9D2,10]c(SST), które różnią
się tylko kolejnością aminokwasów w łańcuchu peptydowym i koordynują jony Cu2+
w podobny sposób, dużo skuteczniejszy jest ligand z resztą histydylową w pierwszej pozycji.
Prawdopodobnym powodem różnicy w efektywności jest wcześniejszy udział amidowych
atomów azotu w koordynacji w układzie Ac[H1,9D2,10]c(SST)/Cu2+.
Biorąc pod uwagę skuteczność wiązania jonów Cu2+ przez 6 analizowanych analogów
somatostatyny z zablokowaną grupą N-końcową, można je uszeregować w następujący
sposób: Ac[H1,2,10,11]SST > Ac[H1,2,9,10]c(SST) > Ac[H1,9D2,10]c(SST) > Ac[H2,7]SST >
Ac[D1,9H2,10]c(SST) > Ac[D1,2,9,10]c(SST).
Otrzymane wyniki badań mogą być wstępem do poszukiwania nowych analogów
somatostatyny,
mogących
wykazywać
radiofarmaceutyków opartych na peptydach.
potencjalne
zastosowanie
w
grupie