Vztah mezi strukturou a účinnostíEdit
Jádro struktury SERM simuluje předlohu 17β-estradiolu. Mají dva aromatické kruhy oddělené 1-3 atomy (často jde o uspořádání typu stilbenu). Mezi dvěma fenyly jádra mají SERM obvykle 4-substituovanou fenylovou skupinu, která při vazbě na ER vystupuje z pozice estratrienového jádra tak, že se šroubovice 12 přesune z otvoru receptoru a zablokuje prostor, kde by se normálně vázaly koaktivátorové proteiny a způsobily agonistickou aktivitu ER. V jádrové části SERM existuje mnoho variací, zatímco v postranním řetězci se toleruje menší flexibilita. SERM lze klasifikovat podle struktury jejich jádra.
Trifenylethyleny první generaceEdit
První hlavní strukturní třídou uváděných molekul typu SERM jsou trifenylethyleny. Jádro stilbenu (podobné nesteroidnímu estrogenu, diethylstilbestrolu) v podstatě napodobuje steroidní estrogeny, jako je 17β-estradiol, zatímco postranní řetězec se překrývá s 11. polohou steroidního jádra (viz obrázek 5). Trifenylethylenové deriváty mají k ethylenovému můstku připojenou další fenylovou skupinu. Schopnost vazby H na 3. pozici fenolů je významným předpokladem pro vazbu na ER.
První léčivo, klomifen (2–N,N-diethylethanamin;2-hydroxy-1,2,3-propanetrikarboxylát; viz obrázek 6), má na ethylenovém postranním řetězci chlorosubstituent, který způsobuje podobnou vazebnou afinitu jako později objevené léčivo tamoxifen. Klomifen je směsí estrogenních (cis-forma) a antiestrogenních izomerů (trans-forma). Cis a trans jsou definovány z hlediska geometrických vztahů dvou nesubstituovaných fenylových kruhů. Oba izomery klomifenu mají různé profily, kdy trans-forma má aktivitu podobnější tamoxifenu, zatímco cis-forma se chová spíše jako 17β-estradiol. Cis je přibližně desetkrát účinnější než trans. Trans-izomer je však nejsilnějším stimulátorem hypertrofie epiteliálních buněk, protože klomifen je antagonistický při nízkých dávkách a agonistický při vysokých dávkách. Antagonistické izomery mohou způsobovat inhibiční estrogenní účinky v děloze a karcinomu prsu, ale estrogenní izomer by se mohl kombinovat s novými receptory a vyvolávat účinky podobné estrogenům v kostech.
Tamoxifen ((Z)-2–N,N-dimethyl-ethanamin; viz obrázek 7) se stal lékem volby pro ženy s diagnózou všech stadií hormonálně reagujícího karcinomu prsu, tj. karcinomu prsu, který je ER a/nebo progesteron pozitivní. V USA se podává také v rámci profylaktické chemoprevence u žen, u nichž bylo zjištěno vysoké riziko vzniku karcinomu prsu. Tamoxifen je čistý antiestrogenní trans-izomer a má rozdílné působení na cílové estrogenní tkáně v celém těle. Tamoxifen působí selektivně antiestrogenně v prsu, ale estrogenně v kostech a při rakovině endometria. Tamoxifen podléhá metabolizaci fáze I v játrech mikrosomálními enzymy cytochromu P450 (CYP). Hlavními metabolity tamoxifenu jsou N-desmethyltamoxifen a 4-hydroxytamoxifen.
Krystalografická struktura 4-hydroxytamoxifenu interaguje s aminokyselinami ER v rámci ligand-vazebné domény. Kontakt mezi fenolovou skupinou, molekulou vody a glutamátem a argininem v receptoru (ERα; Glu 353/Arg 394) se řeší vysokou afinitou vazby, takže 4-hydroxytamoxifen s fenolovým kruhem, který se podobá kruhu A 17β-estradiolu, má více než 100krát vyšší relativní vazebnou afinitu než tamoxifen, který fenol nemá. Pokud se jeho OH skupina odstraní nebo se změní její poloha, vazebná afinita se sníží.
Trifenylethylenová část a postranní řetězec jsou nezbytné pro vazbu tamoxifenu na ER, zatímco u 4-hydroxytamoxifenu se postranní řetězec a fenylpropen nejeví jako rozhodující strukturní prvky pro vazbu na ER. Zdá se, že bazicita a délka postranního řetězce nehrají rozhodující roli pro afinitu tamoxifenu k ER, ani β-kruh tamoxifenu, ale stilbenová část tamoxifenu je pro vazbu k ER nezbytná. Hydroxylová skupina má zvláštní význam pro vazbu 4-hydroxytamoxifenu na ER a etyl postranní řetězec tamoxifenu vystupuje z ligand-vazebné domény ER.
Uživatelky tamoxifenu trpěly zvýšeným výskytem rakoviny dělohy, návalů horka a tromboembolií. Lék může také způsobovat hepatokarcinomy u potkanů. To je pravděpodobně způsobeno etylovou skupinou stilbenového jádra tamoxifenu, která podléhá allylické oxidační aktivaci způsobující alkylaci DNA a štěpení vláken. Tento problém je později u toremifenu odstraněn. Tamoxifen je v cílových místech promiskuitnější než raloxifen kvůli vztahu mezi aminokyselinou ER v Asp-351 a antiestrogenním postranním řetězcem SERM. Postranní řetězec pro tamoxifen nemůže neutralizovat Asp-351, takže místo alostericky ovlivňuje AF-1 na proximálním konci ER. Tento problém je napraven pomocí léku druhé generace raloxifenu.
Toremifen (toremifen citrát; viz obrázek 8), chemicky označovaný jako 2-(p-fenoxy)-N,N-dimethylethylamin citrát, je chlorovaný derivát nesteroidního trifenylethylenového antiestrogenu tamoxifenu s chlorovým substituentem na ethylenovém postranním řetězci, který vytváří podobnou vazebnou afinitu jako tamoxifen. Vztah mezi strukturou a aktivitou toremifenu je podobný jako u tamoxifenu, ale oproti staršímu léku má podstatně lepší vlastnosti, pokud jde o alkylaci DNA. Přítomnost přidaného atomu chloru snižuje stabilitu kationtů vznikajících z aktivovaných alkylových metabolitů, a tím snižuje alkylační potenciál, a toremifen skutečně nevykazuje tvorbu DNA aduktů v hepatocytech hlodavců. Toremifen chrání před úbytkem kostní hmoty u modelů ovariektomovaných potkanů a klinicky ovlivňuje markery kostní resorpce podobně jako tamoxifen. Toremifen podléhá metabolismu fáze I mikrosomálními enzymy cytochromu P450, stejně jako tamoxifen, ale především izoformou CYP3A4. Toremifen tvoří své dva hlavní metabolity N-desmethyltoremifen a deaminohydroxy-toremifen (ospemifen) tím, že podléhá N-demetylaci a deaminačně-hydroxylaci. N-desmethyltoremifen má podobnou účinnost jako toremifen, zatímco 4-hydroxytoremifen má vyšší afinitu k ER než toremifen. 4-hydroxytoremifen má podobnou úlohu jako 4-hydroxytamoxifen.
Benzothiofeny druhé generaceEdit
Raloxifen (-fenyl]-methanon; viz obrázek 9) patří mezi benzothiofenové léky SERM druhé generace. Má vysokou afinitu k ER se silnou antiestrogenní aktivitou a tkáňově specifickými účinky odlišnými od estradiolu. Raloxifen je agonistou ER v kostech a kardiovaskulárním systému, ale v prsní tkáni a endometriu působí jako antagonista ER. Je rozsáhle metabolizován glukuronidovou konjugací ve střevě a z tohoto důvodu má nízkou biologickou dostupnost pouze 2 %, zatímco u tamoxifenu a toremifenu je přibližně 100 %.
Výhodou raloxifenu oproti tamoxifenu s trifenylethylenem je snížený účinek na dělohu. Flexibilní závěsná skupina, stejně jako antiestrogenní fenyl 4-piperidinoethoxy postranní řetězec, jsou důležité pro minimalizaci účinků na dělohu. Díky své flexibilitě může postranní řetězec získat ortogonální polohu vůči jádru, takže amin postranního řetězce raloxifenu je o 1 Å blíže než u tamoxifenu k aminokyselině Asp-351 v ligand-vazebné doméně ERα.
Kritická role intimního vztahu mezi hydrofobním postranním řetězcem raloxifenu a hydrofobním zbytkem receptoru pro změnu tvaru i náboje vnějšího povrchu komplexu SERM-ER byla potvrzena u derivátů raloxifenu. Když se interakční vzdálenost mezi raloxifenem a Asp-351 zvýší z 2,7 Å na 3,5-5 Å, způsobí to zvýšené estrogenní působení komplexu raloxifen-ERα. Když je piperidinový kruh raloxifenu nahrazen cyklohexanem, ligand ztrácí antiestrogenní vlastnosti a stává se plným agonistou. Interakce mezi antiestrogenním postranním řetězcem SERM a aminokyselinou Asp-351 je důležitým prvním krokem při umlčování AF-2. Přemístí šroubovici 12 pryč z vazebné kapsy pro ligand, čímž zabrání vazbě koaktivátorů na komplex SERM-ER.
Třetí generaceEdit
Sloučeniny třetí generace nevykazují buď žádnou stimulaci dělohy, zlepšenou potenci, žádné významné zvýšení návalů horka nebo dokonce kombinaci těchto pozitivních vlastností.
Modifikací prvního dihydronaftalenového SERM, nafoxidinu (viz obrázek 10), který byl klinickým kandidátem na léčbu rakoviny prsu, ale měl vedlejší účinky včetně závažné fototoxicity, vznikl lasofoxifen ((5R,6S)-6-fenyl-5–5,6,7,8-tetrahydro-naftalen-2-ol; viz obrázek 11). Nafoxidin má všechny tři fenyly omezeny v koplanárním uspořádání jako tamoxifen. Hydrogenací však došlo k redukci dvojné vazby nafoxidenu a oba fenyly jsou cis-orientované. Postranní řetězec nesoucí amin pak může zaujmout axiální konformaci a umístit tuto skupinu ortogonálně k rovině jádra, podobně jako ralofoxifen a další méně uterotropní SERM.
Lasofoxifen patří mezi nejúčinnější SERMs, u nichž byla zaznamenána ochrana před úbytkem kostní hmoty a snížení cholesterolu. Vynikající perorální účinnost lasofoxifenu se připisuje snížené střevní glukuronidaci fenolu. Na rozdíl od raloxifenu splňuje lasofoxifen požadavek farmakoforetického modelu, který předpovídá rezistenci vůči glukuronidaci střevní stěny. Strukturním požadavkem je neplanární topologie se sterickou většinou blízko roviny fúzovaného bicyklického aromatického systému. Interakce mezi ER a lasofoxifenem odpovídají obecným rysům rozpoznávání SERM-ER. Velký flexibilní postranní řetězec lasofoxifenu je zakončen pyrrolidinovou hlavovou skupinou a vybíhá směrem k povrchu proteinu, kde přímo zasahuje do polohy šroubovice AF-2 . Mezi lasofoxifenem a Asp-351 vzniká solný můstek. Neutralizace náboje v této oblasti ER může vysvětlit některé antiestrogenní účinky, které lasofoxifen působí.
Indolový systém sloužil jako základní jednotka v SERM, a když je k indolu připojen amin pomocí benzyloxyethylu, bylo prokázáno, že výsledné sloučeniny nemají žádnou preklinickou děložní aktivitu a zároveň šetří kosti potkanů s plnou účinností při nízkých dávkách. Bazedoxifen (1H-indo-5-ol,1-methyl]2-(-4-hydroxyfenlyl)-3-methyl; viz obrázek 10] kyselina octová) je jednou z těchto sloučenin. Jádro vazebné domény se skládá z 2-fenyl-3-methylindolu a hexametylenaminového kruhu v afektorové oblasti postranního řetězce. Je metabolizován glukuronidací, přičemž absolutní biologická dostupnost činí 6,2 %, což je 3krát více než u raloxifenu. Má agonistické účinky na kostní a lipidový metabolismus, ale ne na endometrium prsu a dělohy. Je dobře snášen a nevykazuje zvýšený výskyt návalů horka, hypertrofie dělohy ani citlivosti prsů.
Ospemifen (Z-2-(4-(4-chloro-1,2-difenyl-but-1-enyl)fenoxy)ethanol; viz obrázek 13) je trifenylethylen a známý metabolit toremifenu. Je strukturně velmi podobný tamoxifenu a toremifenu. Ospemifen nemá 2-(dimethylamino)ethoxy skupinu jako tamoxifen. Studie vztahu struktury a aktivity ukázaly, že odstraněním této skupiny tamoxifenu se významně snížila agonistická aktivita v děloze, ale ne v kostech a kardiovaskulárním systému. Předklinické a klinické údaje ukazují, že ospemifen je dobře snášen bez závažných nežádoucích účinků. Výhodou, kterou může mít ospemifen oproti jiným SERM, je jeho neutrální účinek na návaly horka a ER-agonistický účinek na pochvu, který zlepšuje příznaky vaginální suchosti.
Způsoby vazbyUpravit
Je známo, že SERM se vyznačují čtyřmi odlišnými způsoby vazby na ER. Jednou z těchto vlastností jsou silné vodíkové vazby mezi ligandem a Arg-394 a Glu-353 ERα, které lemují „kapsu A-kruhu“ a pomáhají ligandu zůstat ve vazebné kapse ER. To je rozdíl od 17β-estradiolu, který je vodíkově vázán na His-524 v „kapse D-kruhu“. Další charakteristické vazby do vazebné kapsy ligandu jsou s téměř planární „jádrovou“ strukturou obvykle tvořenou biarylovým heterocyklem, který je ekvivalentem A-kruhu a B-kruhu 17β-estradiolu (viz obrázek 14), do příslušného vazebného místa; objemný postranní řetězec z biarylové struktury, analogický B-kruhu 17β-estradiolu, a konečně druhá postranní skupina, která je ekvivalentem C a D-kruhu a obvykle je aromatická, vyplňuje zbývající objem vazebné kapsy ligandu.
Malé rozdíly mezi oběma podtypy ER byly využity k vývoji podtypově selektivních modulátorů ER, ale vysoká podobnost obou receptorů činí vývoj velmi náročným. Aminokyseliny v ligand-vazebných doménách se liší ve dvou polohách, Leu-384 a Met-421 u ERα a Met-336 a Ile-373 u ERβ, ale mají podobnou hydrofobicitu a obsazovací objemy. Tvary a rotační bariéra aminokyselinových zbytků však nejsou stejné, což vede k rozlišení α- a β-strany vazebné dutiny mezi ERα a ERβ. To způsobuje preferenční vazbu substituentů ligandů, které jsou zarovnány směrem dolů k Met-336, zatímco substituenty ligandů zarovnané směrem nahoru k Met-336 se s větší pravděpodobností vážou na ERβ. Další rozdíl je ve Val-392 v ERα, který je v ERβ nahrazen Met-344. Objem vazebné kapsy ERβ je o něco menší a její tvar se poněkud liší od ERα. Mnoho ligandů selektivních pro ERβ má převážně planární uspořádání, protože vazebná dutina ERβ je o něco užší než u ERα, což však samo o sobě vede ke skromné selektivitě. K dosažení silné selektivity musí ligand umístit substituenty velmi blízko jedné nebo více aminokyselinových rozdílů mezi ERα a ERβ, aby vytvořil silnou odpudivou sílu vůči druhému podtypu receptoru. Kromě toho musí být struktura ligandu rigidní. Odpudivé interakce mohou jinak vést ke konformačním změnám ligandu, a tedy k vytvoření alternativních vazebných režimů.
Trifenylethyleny první generaceEdit
Tamoxifen se přeměňuje jaterním cytochromem P450 na 4-hydroxytamoxifen a je selektivnějším antagonistou podtypu ERα než ERβ. 4-hydroxytamoxifen se váže na ER ve stejné vazebné kapse, která rozpoznává 17β-estradiol. Zdá se, že rozpoznávání 4-hydroxytamoxifenu receptory je řízeno dvěma strukturními rysy 4-hydroxytamoxifenu, fenolovým kruhem A a objemným postranním řetězcem. Fenolický kruh A vytváří vodíkové vazby na postranní skupiny ER Arg-394, Glu-354 a na strukturně zachovanou vodu. Objemný postranní řetězec, který vystupuje z vazebné dutiny, vytlačuje šroubovici 12 z kapsy pro vazbu ligandu a zakrývá část vazebné kapsy koaktivátoru. Tvorba komplexu ER-4-hydroxytamoxifen rekrutuje proteiny korespondující s aktivátorem. To vede ke snížení syntézy DNA a inhibici estrogenní aktivity. Klomifen a torimefen dosahují podobné vazebné afinity jako tamoxifen. Tyto dvě léčivé látky jsou tedy selektivnějšími antagonisty podtypu ERα než ERβ.
Benzothiofeny druhé generaceEdit
Raloxifen, stejně jako 4-hydroxytamoxifen, se váže na ERα hydroxylovou skupinou svého fenolového „A kruhu“ (viz obrázek 15) prostřednictvím vodíkových vazeb s Arg-394 a Glu-353. Kromě těchto vazeb vytváří raloxifen druhou vodíkovou vazbu na ER prostřednictvím postranní skupiny His-524 kvůli přítomnosti druhé hydroxylové skupiny v „D kruhu“ (viz obrázek 15). Tato vodíková vazba je rovněž odlišná od vazby mezi 17β-estradiolem a His-524, protože imidazolový kruh His-524 je pootočen tak, aby se vyrovnal rozdíl polohy kyslíku v raloxifenu a v 17β-estradiole. Stejně jako u 4-hydroxytamoxifenu vytlačuje objemný postranní řetězec raloxifenu šroubovici 12.
Třetí generaceEdit
Interakce lasofoxifenu s ERα je typická pro interakce mezi SERM-ERα, jako je téměř planární topologie (tetrahydronaftalenový karbocyklus), vodíková vazba s Arg-394 a Glu-353 a fenylové postranní řetězce lasofoxifenu vyplňující objem C-kruhu a D-kruhu vazebné kapsy ligandu. Lasofoxifen odkloní šroubovici 12 a zabrání vazbě koaktivátorových proteinů s motivy LXXLL. Toho je dosaženo tím, že lasofoxifen obsadí prostor normálně vyplněný postranní skupinou Leu-540 a moduluje konformaci zbytků šroubovice 11 (His-524, Leu-525). Kromě toho lasofoxifen také přímo zasahuje do polohy šroubovice 12 pomocí ethylpyrrolidinové skupiny léčiva. Studie in vitro ukazují, že bazedoxifen kompetitivně blokuje 17β-estradiol díky vysoké a podobné vazbě na ERα i ERβ. Hlavní vazebnou doménu bazedoxifenu tvoří 2-fenyl-3-methylindol a hexametylenaminový kruh v oblasti ovlivněné postranním řetězcem.
Ospemifen je oxidačně deaminovaný metabolit toremifenu, neboť má podobnou vazbu na ER jako toremifen a tamoxifen. Kompetitivní vazba na ERα a ERβ tří metabolitů 4-hydroxy ospemifenu, 4′-hydroxy ospemifenu a 4-hydroxy-, karboxylové kyseliny s postranním řetězcem ospemifenu je přinejmenším stejně vysoká jako u mateřské sloučeniny.
.