Rakenne-aktiivisuussuhteet Muokkaa
SERM-lääkkeiden ydinrakenne simuloi 17β-estradioli-mallia. Niissä on kaksi aromaattista rengasta, joita erottaa 1-3 atomia (usein stilbene-tyyppinen järjestely). Ytimen kahden fenyylirenkaan välissä SERM-lääkkeillä on tyypillisesti 4-substituoitu fenyyliryhmä, joka ER:ään sitoutuneena työntyy ulos estratrieenin ytimen paikasta siten, että kierre 12 siirtyy reseptoriaukosta ja tukkii tilan, johon koaktivaattoriproteiinit normaalisti sitoutuisivat ja aiheuttaisivat ER-agonistista aktiivisuutta. SERM-lääkkeiden ydinosassa on ollut paljon vaihtelua, kun taas sivuketjuissa on ollut vähemmän joustavuutta. SERM-lääkkeet voidaan luokitella niiden ydinrakenteen perusteella.
Ensimmäisen sukupolven trifenyylietyleenitEdit
Ensimmäinen raportoitujen SERM-tyyppisten molekyylien päärakenteellinen pääluokka ovat trifenyylietyleenit. Stilbeeniydin (joka on samankaltainen kuin ei-steroidinen estrogeeni dietyylistilbestroli) jäljittelee olennaisesti steroideihin kuuluvia estrogeeneja, kuten 17β-estradiolia, kun taas sivuketju on päällekkäin steroidien ytimen 11. aseman kanssa (ks. kuva 5). Trifenyylietyleenijohdannaisilla on ylimääräinen fenyyliryhmä kiinnittyneenä eteenisiltaryhmään. Fenolien 3-asentoinen H-sitoutumiskyky on merkittävä edellytys ER:n sitoutumiselle.
Ensimmäisessä lääkeaineessa, klomifeenissä (2–N,N-dietyylietanamiini;2-hydroksi-1,2,3-propaanitrikarboksylaatti; ks. kuva 6) on etyleenin sivuketjussa kloorisubstituentti, joka saa aikaan samanlaiset sitoutumisaffiniteetit kuin myöhemmin löydetty lääke tamoksifeeni. Klomifeeni on estrogeenisten (cis-muoto) ja antiestrogeenisten (trans-muoto) isomeerien seos. Cis- ja trans-muodot määritellään kahden substituoimattoman fenyylirenkaan geometristen suhteiden perusteella. Klomifeenin kahdella isomeerillä on erilaiset profiilit, joissa trans-muodon aktiivisuus muistuttaa enemmän tamoksifeenin aktiivisuutta, kun taas cis-muoto käyttäytyy enemmän kuin 17β-estradioli. Cis-muoto on noin kymmenen kertaa tehokkaampi kuin trans-muoto. Trans-isomeeri on kuitenkin voimakkain epiteelisolujen hypertrofiaa stimuloiva aine, koska klomifeeni on antagonistinen pienillä annoksilla ja agonistinen suurilla annoksilla. Antagonistiset isomeerit saattavat aiheuttaa estäviä estrogeenivaikutuksia kohdussa ja rintasyövissä, mutta estrogeeninen isomeeri saattaa yhdistyä uusiin reseptoreihin ja tuottaa estrogeenin kaltaisia vaikutuksia luustossa.
Tamoksifeenista ((Z)-2–N,N-dimetyylietanamiini; ks. kuva 7) on tullut ensisijainen hoitomuoto naisille, joilla on diagnosoitu hormoneihin reagoivan rintasyövän kaikki vaiheet eli rintasyöpä, joka on sekä ER- että progesteronipositiivinen. Yhdysvalloissa sitä annetaan myös ennaltaehkäisevään solunsalpaajahoitoon naisille, joilla on suuri rintasyöpäriski. Tamoksifeeni on puhdas antiestrogeeninen trans-isomeeri, ja sillä on erilainen vaikutus estrogeenin kohdekudoksiin koko elimistössä. Tamoksifeeni on selektiivisesti antiestrogeeninen rintarauhasessa, mutta estrogeenin kaltainen luustossa ja endometriumsyövässä. Tamoksifeeni metaboloituu maksassa vaiheen I kautta mikrosomaalisten sytokromi P450 (CYP) -entsyymien avulla. Tamoksifeenin tärkeimmät metaboliitit ovat N-desmetyylitamoksifeeni ja 4-hydroksitamoksifeeni.
4-hydroksitamoksifeenin kiderakenne on vuorovaikutuksessa ER:n aminohappojen kanssa ligandia sitovan domeenin sisällä. Reseptorin (ERα; Glu 353/Arg 394) fenoliryhmän, vesimolekyylin sekä glutamaatin ja arginiinin välinen kontakti ratkeaa korkeaan sitoutumisaffiniteettiin siten, että 4-hydroksitamoksifeenin, jonka fenolirengas muistuttaa 17β-estradioli A-kehää, suhteellinen sitoutumisaffiniteetti on yli 100 kertaa suurempi kuin tamoksifeenin, jossa ei ole fenolia. Jos sen OH-ryhmä eliminoidaan tai sen sijaintia muutetaan, sitoutumisaffiniteetti pienenee.
Trifenyylietyleeniryhmä ja sivuketju ovat välttämättömiä tamoksifeenin sitoutumiselle ER:ään, kun taas 4-hydroksitamoksifeenin kohdalla sivuketju ja fenyylipropeeni eivät näytä olevan ratkaisevia rakenneosia ER:ään sitoutumiselle. Sivuketjun emäksisyydellä ja pituudella ei näytä olevan ratkaisevaa merkitystä tamoksifeenin sitoutumisaffiniteetin kannalta ER:ään eikä tamoksifeenin β-renkaalla, mutta tamoksifeenin stilbeeniosa on välttämätön ER:ään sitoutumiselle. Hydroksyyliryhmällä on erityinen merkitys 4-hydroksitamoksifeenin ER-sitoutumiselle, ja tamoksifeenin etyylisivuketju työntyy ulos ER:n ligandia sitovasta domeenista.
Vähän tamoksifeenin käyttäjillä on esiintynyt lisääntynyttä kohtusyöpää, kuumia aaltoja ja tromboembolioita. Lääke voi myös aiheuttaa rotilla hepatokarsinoomia. Tämä johtuu todennäköisesti tamoksifeenin stilbeeniytimen etyyliryhmästä, joka altistuu allyyliselle oksidatiiviselle aktivaatiolle aiheuttaen DNA:n alkylaatiota ja säikeiden pilkkoutumista. Tämä ongelma on myöhemmin korjattu toremifeenissä. Tamoksifeeni on raloksifeeniä lupaavampi kohdepaikoissa, koska ER:n aminohappo Asp-351:n ja SERM:n antiestrogeenisen sivuketjun välillä on suhde. Tamoksifeenin sivuketju ei voi neutraloida Asp-351:tä, joten kohde vaikuttaa allosterisesti AF-1:een ER:n proksimaalisessa päässä. Tätä ongelmaa korjataan toisen sukupolven lääkkeellä raloksifeenillä.
Kemiallinen rakenne
Toremifeeni (toremifeenisitraatti; ks. kuva 8), kemialliselta nimitykseltään 2-(p-fenoksi)-N,N-dimetyylietyyliamiinisitraatti, on ei-steroidisen trifenyylietyleeni-antiestrogeenin tamoksifeenin kloorijohdannainen, jonka etyleenisivuketjussa oleva kloorisubstituentti saa aikaan samankaltaista sitoutumissidonta affiniteettitietoisuutta kuin tamoksifeenilla. Toremifeenin rakenne ja aktiivisuussuhde on samankaltainen kuin tamoksifeenin, mutta se on huomattavasti parempi kuin vanhempi lääke DNA:n alkyloinnin suhteen. Lisätyn klooriatomin läsnäolo vähentää aktivoituneista allyylimetaboliiteista muodostuvien kationien stabiilisuutta ja vähentää siten alkylaatiopotentiaalia, ja tooremifeenilla ei tosiaankaan esiinny DNA-adduktin muodostumista jyrsijöiden hepatosyyteissä. Toremifeeni suojaa luukatoa vastaan ovariektomoitujen rottien malleissa ja vaikuttaa kliinisesti luun resorptiomarkkereihin samalla tavalla kuin tamoksifeeni. Toremifeeni metaboloituu tamoksifeenin tavoin vaiheen I aineenvaihdunnassa mikrosomaalisten sytokromi P450 -entsyymien kautta, mutta ensisijaisesti CYP3A4-isoformin kautta. Toremifeeni muodostaa kaksi päämetaboliittiaan N-desmetyylitoremifeenin ja deaminohydroksitoremifeenin (ospemifeeni) N-demetyloitumalla ja deamiinihydroksylaatiolla. N-desmetyylitoremifeenillä on samanlainen teho kuin toremifeenillä, kun taas 4-hydroksitoremifeenillä on suurempi sitoutumisaffiniteetti ER:ään kuin toremifeenillä. 4-hydroksitoremifeenillä on samanlainen rooli kuin 4-hydroksitamoksifeenillä.
Toisen sukupolven bentsotiofenit Muokkaa
Raloksifeeni (-fenyyli]-metanoni; ks. kuva 9) kuuluu toisen sukupolven bentsotiofeeni- SERM-lääkkeisiin. Sillä on suuri affiniteetti ER:ään, voimakas antiestrogeeninen aktiivisuus ja estradiolista poikkeavat kudosspesifiset vaikutukset. Raloksifeeni on ER-agonisti luustossa ja sydän- ja verisuonijärjestelmässä, mutta rintakudoksessa ja kohdun limakalvolla se toimii ER-antagonistina. Se metaboloituu laajalti glukuronidikonjugaation kautta suolistossa, minkä vuoksi sen biologinen hyötyosuus on alhainen, vain 2 %, kun taas tamoksifeenin ja toremifeenin biologinen hyötyosuus on noin 100 %.
Raloksifeenin etuna trifenyylietyleenitamoksifeeniin nähden on vähentynyt vaikutus kohtuun. Joustava saranaryhmä sekä antiestrogeeninen fenyyli-4-piperidinoetoksi-sivuketju ovat tärkeitä kohtuvaikutusten minimoimiseksi. Joustavuutensa ansiosta sivuketju voi saada ortogonaalisen asennon ytimeen nähden siten, että raloksifeenin sivuketjun amiini on 1 Å:n verran lähempänä kuin tamoksifeenin aminohappoa Asp-351 ERα:n ligandia sitovassa domeenissa.
Raloksifeenin hydrofobisen sivuketjun ja reseptorin hydrofobisen jäännöksen välisen läheisen suhteen kriittinen merkitys SERM-ER-kompleksin ulkoisen pinnan muodon ja varauksen muuttamisessa on vahvistettu raloksifeenijohdannaisilla. Kun raloksifeenin ja Asp-351:n välistä vuorovaikutusetäisyyttä kasvatetaan 2,7 Å:sta 3,5-5 Å:iin, raloksifeeni-ERα-kompleksin estrogeenin kaltainen vaikutus lisääntyy. Kun raloksifeenin piperidiinirengas korvataan sykloheksaanilla, ligandi menettää antiestrogeeniset ominaisuudet ja muuttuu täydeksi agonistiksi. SERM:n antiestrogeenisen sivuketjun ja aminohappo Asp-351:n välinen vuorovaikutus on tärkeä ensimmäinen vaihe AF-2:n vaimentamisessa. Se siirtää käärettä 12 pois ligandin sitoutumistaskusta ja estää siten koaktivaattoreita sitoutumasta SERM-ER-kompleksiin.
Kolmas sukupolviEdit
Kolmannen sukupolven yhdisteillä ei esiinny joko kohdun stimulaatiota, parempaa potenssia, ei merkittävää kuumien aaltojen lisääntymistä tai jopa näiden myönteisten ominaisuuksien yhdistelmää.
Ensimmäisen dihydronaftaleenin SERM:n, nafoksifeenin (ks. kuva 10), joka oli kliininen ehdokas rintasyövän hoitoon, mutta jolla oli sivuvaikutuksia, mukaan lukien vakava fototoksisuus, muunnokset johtivat lasofoksifeeniin ((5R,6S)-6-fenyyli-5–5,6,6,7,8-tetrahydronaftaleen-2-oli; ks. kuva 11). Nafoksifeenin kaikki kolme fenyyliä ovat tamoksifeenin tavoin koplanaarisessa järjestyksessä. Mutta hydrattaessa nafoksidiinin kaksoissidos pieneni, ja molemmat fenyylit ovat cis-suuntautuneita. Amiinia kantava sivuketju voi tällöin omaksua aksiaalisen konformaation ja sijoittaa tämän ryhmän ortogonaalisesti ytimen tasoon nähden, kuten ralofoksifeeni ja muut vähemmän uterotrooppiset SERM-lääkkeet.
Lasofoksifeeni kuuluu tehokkaimpiin SERM-lääkkeisiin, joiden on raportoitu suojaavan luukadolta ja vähentävän kolesterolia. Lasofoksifeenin erinomaisen oraalisen tehon on katsottu johtuvan fenolin vähentyneestä suolistossa tapahtuvasta glukuronidaatiosta. Toisin kuin raloksifeeni, lasofoksifeeni täyttää sellaisen farmakofoorimallin vaatimuksen, joka ennustaa vastustuskykyä suolen seinämän glukuronidointia vastaan. Rakenteellinen vaatimus on ei-planaarinen topologia, jossa steerinen pääosa on lähellä fuusioidun bisyklisen aromaattisen järjestelmän tasoa. ER:n ja lasofoksifeenin väliset vuorovaikutukset vastaavat SERM-ER-tunnistuksen yleisiä piirteitä. Lasofoksifeenin suuri joustava sivuketju päättyy pyrrolidiinipääryhmään ja kulkee kohti proteiinin pintaa, jossa se häiritsee suoraan AF-2-kierteen sijoittumista. Lasofoksifeenin ja Asp-351:n välille muodostuu suolasilta. Tämän alueen ER:n varauksen neutraloituminen saattaa selittää joitakin lasofoksifeenin antiestrogeenisia vaikutuksia.
Indolijärjestelmä on toiminut SERM-lääkkeiden ydinyksikkönä, ja kun indoliin liitetään amiini bentsyylioksietyylin avulla, tuloksena syntyvillä yhdisteillä ei ole prekliinisesti osoitettu olevan lainkaan kohtuaktiivisuutta, mutta ne säästävät rottien luustoa täydellä teholla pienillä annoksilla. Batsedoksifeeni (1H-indo-5-oli,1-metyyli]2-(-4-hydroksifenlyyli)-3-metyyli; ks. kuva 10] etikkahappo) on yksi näistä yhdisteistä. Ydinsidonta-alue koostuu 2-fenyyli-3-metyyli-indolista ja heksametylenamiinirenkaasta sivuketjun affektorialueella. Se metaboloituu glukuronidaation avulla, ja sen absoluuttinen biologinen hyötyosuus on 6,2 %, joka on 3-kertainen raloksifeeniin verrattuna. Sillä on agonistisia vaikutuksia luu- ja rasva-aineenvaihduntaan mutta ei rinta- ja kohdun limakalvoon. Se on hyvin siedetty, eikä se osoita kuumekouristustapausten, kohdun hypertrofian tai rintojen arkuuden lisääntymistä.
Ospemifeeni (Z-2-(4-(4-(4-(4-(4-kloori-1,2-difenyyli-but-1-enyyli)fenoksi)fenoksi)etanoli; ks. kuva 13) on trifenyylietyleeni ja toremifeenin tunnettu metaboliitti. Se on rakenteellisesti hyvin samankaltainen kuin tamoksifeeni ja toremifeeni. Ospemifeenissä ei ole 2-(dimetyyliamino)etoksiryhmää kuten tamoksifeenissä. Rakenne-aktiivisuussuhdetutkimukset osoittivat, että poistamalla tämä ryhmä tamoksifeenin agonistinen aktiivisuus kohdussa väheni merkittävästi, mutta ei luustossa ja sydän- ja verisuonijärjestelmässä. Prekliiniset ja kliiniset tiedot osoittavat, että ospemifeeni on hyvin siedetty ilman merkittäviä sivuvaikutuksia. Hyödyt, joita ospemifeenilla saattaa olla muihin SERM-lääkkeisiin verrattuna, ovat sen neutraali vaikutus kuumia aaltoja vastaan ja ER-agonistinen vaikutus emättimeen, mikä parantaa emättimen kuivuuden oireita.
SitoutumistavatEdit
SERM-lääkkeillä tiedetään olevan neljä erilaista ER:ään sitoutumistapaa. Yksi näistä ominaisuuksista ovat vahvat vetysidokset ligandin ja ERα:n Arg-394:n ja Glu-353:n välillä, jotka reunustavat ”A-rengastaskua” ja auttavat ligandia pysymään ER:n sitoutumistaskussa. Toisin kuin 17β-estradioli, joka on vetysidoksessa His-524:ään ”D-renkaan taskussa”. Muissa ligandia sitovaan taskuun liittyvissä erityispiirteissä lähes tasomainen ”ydinrakenne”, joka koostuu tyypillisesti 17β-estradiolin A-rengasta ja B-rengasta vastaavasta biaryyliheterosyklistä (ks. kuva 14), sitoutuu vastaavaan sidontakohtaan; biaryylirakenteesta lähtevä tilaa vievä sivuketju, joka on analoginen 17β-estradiolin B-renkaan kanssa, ja lopuksi toinen sivuryhmä, joka on C- ja D-renkaiden vastineena oleva ja tavallisesti aromaattinen, täyttää ligandia sitovan taskun jäljelle jäävän tilan.
Kahden ER:n alatyypin välisiä pieniä eroja on käytetty alatyyppiselektiivisten ER-modulaattoreiden kehittämiseen, mutta näiden kahden reseptorin suuri samankaltaisuus tekee kehittämisestä hyvin haastavaa. Ligandia sitovien domeenien aminohapot eroavat toisistaan kahdessa kohdassa, Leu-384 ja Met-421 ERα:ssa ja Met-336 ja Ile-373 ERβ:ssä, mutta niillä on samanlainen hydrofobisuus ja samankaltaiset miehitystilavuudet. Aminohappojäännösten muodot ja rotaatioesteet eivät kuitenkaan ole samat, mikä johtaa siihen, että ERα:n ja ERβ:n välillä erotetaan toisistaan sitoutumisontelon α- ja β-puoli. Tämä aiheuttaa sen, että Met-336:een nähden alaspäin suuntautuneet ligandisubstituentit sitoutuvat ERα:han ensisijaisesti, kun taas Met-336:een nähden ylöspäin suuntautuneet ligandisubstituentit sitoutuvat todennäköisemmin ERβ:hen. Toinen ero on ERα:n Val-392:ssa, joka on korvattu ERβ:ssä Met-344:llä. ERβ:n sitoutumistaskun tilavuus on hieman pienempi ja muoto hieman erilainen kuin ERα:n. Monilla ERβ-selektiivisillä ligandeilla on pitkälti tasomainen järjestely, koska ERβ:n sitoutumisontelo on hieman kapeampi kuin ERα:n, mutta tämä itsessään johtaa vaatimattomaan selektiivisyyteen. Voimakkaan selektiivisyyden saavuttamiseksi ligandin on sijoitettava substituentit hyvin lähelle yhtä tai useampaa ERα:n ja ERβ:n välistä aminohappoeroa, jotta saadaan aikaan voimakas hylkimisvoima toista alatyyppireseptoria kohtaan. Lisäksi ligandin rakenteen on oltava jäykkä. Torjuvat vuorovaikutukset voivat muutoin johtaa ligandin konformaatiomuutokseen ja siten vaihtoehtoisten sitoutumistapojen luomiseen.
Ensimmäisen sukupolven trifenyylietyleenitEdit
Tamoksifeeni muuttuu maksan sytokromi P450:ssä 4-hydroksitamoksifeeniksi ja on ERα-alatyypin selektiivisempi antagonisti kuin ERβ:n. 4-hydroksitamoksifeeni sitoutuu ER:ään samassa sitoutumistaskussa, joka tunnistaa 17β-estradiolia. 4-hydroksitamoksifeenin reseptoritunnistusta näyttää ohjaavan 4-hydroksitamoksifeenin kaksi rakennepiirrettä, fenolinen A-kehä ja tilaa vievä sivuketju. Fenolinen A-kehä muodostaa vetysidoksia ER:n Arg-394- ja Glu-354-sivuryhmiin sekä rakenteellisesti konservoituneeseen veteen. Sitoutumisontelosta ulkoneva kookas sivuketju syrjäyttää käärön 12 ligandin sitoutumistaskusta peittämään osan koaktivaattorin sitoutumistaskusta. ER-4-hydroksitamoksifeenikompleksin muodostuminen rekrytoi korepressoriproteiineja. Tämä johtaa DNA-synteesin vähenemiseen ja estrogeenin aktiivisuuden estymiseen. Klomifeenillä ja torimefeenillä on samanlainen sitoutumisaffiniteetti kuin tamoksifeenillä. Näin ollen nämä kaksi lääkettä ovat ERα-alatyypin selektiivisempiä antagonisteja kuin ERβ:n.
Toisen sukupolven bentsotiofeenit Muokkaa
Raloksifeeni, kuten 4-hydroksitamoksifeeni, sitoutuu ERα:han fenolisen ”A-kehän” hydroksyyliryhmänsä avulla (ks. kuva 15) vetysidosten kautta Arg-394:n ja Glu-353:n kanssa. Näiden sidosten lisäksi raloksifeeni muodostaa toisen vetysidoksen ER:ään His-524:n sivuryhmän kautta, koska ”D-renkaassa” on toinen hydroksyyliryhmä (ks. kuva 15). Tämä vetysidos poikkeaa myös 17β-estradiolin ja His-524:n välisestä vetysidoksesta, koska His-524:n imidatsolirengas on kiertynyt vastapainoksi raloksifeenin ja 17β-estradiolin happiaseman erolle. Aivan kuten 4-hydroksitamoksifeenissa, raloksifeenin järeä sivuketju siirtyy kierteeseen 12.
Kolmas sukupolviEdit
Lasofoksifeenin vuorovaikutus ERα:n kanssa on tyypillistä SERM-ERα:n välisille vuorovaikutuksille, kuten lähes planaarinen topologia (tetrahydronaftaleenikarbosykli), vetysidokset Arg-394:n ja Glu-353:n kanssa ja lasofoksifeenin fenyylisivuketjut täyttävät ligandia sitovan taskun C-rengas- ja D-rengas-tilavuuden. Lasofoksifeeni poikkeuttaa kierteeseen 12 ja estää koaktivaattoriproteiinien sitoutumisen LXXLL-motiivilla. Tämä saavutetaan siten, että lasofoksifeeni miehittää tilan, jonka Leu-540:n sivuryhmä normaalisti täyttää, ja moduloi kierteessä 11 olevien jäännösten (His-524, Leu-525) konformaatiota. Lisäksi lasofoksifeeni vaikuttaa myös suoraan kierteeseen 12 lääkkeen etyylipyrrolidiiniryhmän avulla. In vitro -tutkimukset osoittavat, että batsedoksifeeni estää 17β-estradiolia kilpailevasti sitoutumalla voimakkaasti ja samalla tavalla sekä ERα:han että ERβ:hen. Batsedoksifeenin pääasiallinen sitoutumisalue koostuu 2-fenyyli-3-metyyliindolista ja heksametyleenamiinirenkaasta sivuketjuun vaikuttavalla alueella.
Ospemifeeni on toremifeenin oksidatiivisesti deaminoitunut metaboliitti, jolla on samanlainen sitoutuminen ER:ään kuin toremifeenillä ja tamoksifeenillä. Kolmen metaboliitin 4-hydroksi-ospemifeenin, 4′-hydroksi-ospemifeenin ja 4-hydroksi-, sivuketjukarboksyylihappo-ospemifeenin kilpaileva sitoutuminen ERα:han ja ERβ:hen on vähintään yhtä korkea kuin emoyhdisteen.