Szerkezet-aktivitás összefüggésekSzerkesztés
A SERM-ek magszerkezete a 17β-ösztradiol sablont szimulálja. Két aromás gyűrűt tartalmaznak, amelyeket 1-3 atom választ el egymástól (gyakran stilbene-típusú elrendezés). A mag két fenilcsoportja között a SERM-ek jellemzően egy 4-szubsztituált fenilcsoportot tartalmaznak, amely az ER-hez kötődve egy ösztratriénmag pozíciójából vetül ki, így a 12-es hélix elmozdul a receptornyílásból és elzárja azt a helyet, ahol a koaktivátorfehérjék normális esetben kötődnének és ER-agonista aktivitást okoznának. A SERM-ek magrészét sokféleképpen variálták, míg az oldalláncban kevésbé volt rugalmas a tolerálhatóság. A SERM-eket a magszerkezetük alapján lehet osztályozni.
Első generációs trifeniletilénekSzerkesztés
A SERM-típusú molekulák első bejelentett fő szerkezeti osztálya a trifeniletilének. A sztilbénmag (hasonlóan a nem szteroid ösztrogénhez, a dietilstilbesztrolhoz) lényegében a szteroid ösztrogéneket, például a 17β-ösztradiolt utánozza, míg az oldallánc a szteroidmag 11. pozíciójával fedésben van (lásd az 5. ábrát). A trifeniletilén-származékoknak egy további fenilcsoport kapcsolódik az etilénhídcsoporthoz. A fenolok 3-pozíciós H-kötő képessége jelentős követelmény az ER kötődéséhez.
Az első hatóanyag, a klomifen (2–N,N-dietiletanamin;2-hidroxi-1,2,3-propanetricarboxilát; lásd a 6. ábrát) etilén oldalláncán egy klór-szubsztituens található, amely hasonló kötési affinitást eredményez, mint a később felfedezett tamoxifen hatóanyag. A klomifen ösztrogén (cisz-forma) és antiesztrogén izomer (transz-forma) keveréke. A cisz- és transz-formát a két szubsztituálatlan fenilgyűrű geometriai viszonyai alapján határozzák meg. A klomifen két izomerje eltérő profilú, ahol a transz-forma aktivitása inkább a tamoxifenhez hasonló, míg a cisz-forma inkább a 17β-ösztradiolhoz hasonlóan viselkedik. A cisz-forma körülbelül tízszer hatásosabb, mint a transz-forma. A transz-izomer azonban a hámsejtek hipertrófiájának leghatásosabb stimulátora, mivel a klomifen kis dózisokban antagonista, nagy dózisokban pedig agonista. Az antagonista izomerek gátló ösztrogénhatást okozhatnak a méhben és az emlőrákban, de az ösztrogénizomer új receptorokkal kombinálódva ösztrogénszerű hatást válthat ki a csontban.
A tamoxifen ((Z)-2–N,N-dimetil-etanamin; lásd a 7. ábrát) vált a hormonérzékeny, azaz ER- és/vagy progeszteronpozitív emlőrákkal diagnosztizált nők minden stádiumában alkalmazott kezeléssé. Az Egyesült Államokban profilaktikus kemoprevencióra is alkalmazzák az emlőrák szempontjából magas kockázatúnak ítélt nőknél. A tamoxifen egy tiszta antiesztrogén transz-izomer, és az ösztrogén célszöveteiben az egész szervezetben differenciáltan hat. A tamoxifen szelektíven antiösztrogén hatású az emlőben, de ösztrogénszerű a csontokban és az endometriumban. A tamoxifen a májban mikroszomális citokróm P450 (CYP) enzimek révén I. fázisú metabolizmuson megy keresztül. A tamoxifen fő metabolitjai az N-deszmetil-tamoxifen és a 4-hidroxitamoxifen.
A 4-hidroxitamoxifen kristályszerkezete kölcsönhatásba lép az ER aminosavaival a ligandumkötő doménen belül. A receptorban (ERα; Glu 353/Arg 394) a fenolos csoport, a vízmolekula, valamint a glutamát és az arginin közötti kapcsolat nagy affinitású kötődésben oldódik fel, így a 4-hidroxi-tamoxifen, amelynek fenolos gyűrűje hasonlít a 17β-ösztradiol A gyűrűjéhez, több mint 100-szor nagyobb relatív kötődési affinitással rendelkezik, mint a fenol nélküli tamoxifen. Ha OH-csoportját eltávolítjuk vagy annak helyzetét megváltoztatjuk, a kötési affinitás csökken.
A trifeniletilén-rész és az oldallánc szükséges a tamoxifen ER-hez való kötődéséhez, míg a 4-hidroxitamoxifen esetében az oldallánc és a fenil-propén nem tűnik az ER-hez való kötődés döntő szerkezeti elemének. Úgy tűnik, hogy az oldallánc bázicitása és hossza nem játszik döntő szerepet a tamoxifen ER-hez való kötődési affinitásában, sem a tamoxifen β-gyűrűje, de a tamoxifen sztilbén-része szükséges az ER-hez való kötődéshez. A hidroxilcsoport különösen fontos a 4-hidroxitamoxifen ER-hez való kötődésében, és a tamoxifen etil-oldallánca kiáll az ER ligandumkötő doménjéből.
A tamoxifent alkalmazók körében megnövekedett a méhrák, a hőhullámok és a tromboembóliák aránya. A gyógyszer patkányokban májkarcinómát is okozhat. Ez valószínűleg a tamoxifen sztilbén magjának etilcsoportja miatt van, amely allylikus oxidatív aktivációnak van kitéve, ami DNS alkilációt és szálhasadást okoz. Ezt a problémát később a toremifenben korrigálják. A tamoxifen a raloxifénnél promiszkuzívabb a célpontokban az ER Asp-351-es aminosava és a SERM antiesztrogén oldallánca közötti kapcsolat miatt. A tamoxifen oldallánca nem tudja semlegesíteni az Asp-351-et, így a hely alloszterikusan befolyásolja az ER proximális végén lévő AF-1-et. Ezt a problémát a második generációs gyógyszer, a raloxifen javítja.
A toremifen (toremifen-citrát; lásd a 8. ábrát), kémiai jelölése 2-(p-fenoxi)-N,N-dimetil-etilamin-citrát, a tamoxifen nevű nem-szteroid trifeniletilén antiösztrogén klórozott származéka, amelynek etilén oldalláncán klór-szubsztituens található, ami a tamoxifenhez hasonló kötési affinitást eredményez. A toremifen szerkezete és aktivitási viszonya hasonló a tamoxifenéhez, de a DNS-alkilezés tekintetében jelentős javulást mutat a régebbi hatóanyaghoz képest. A hozzáadott klóratom jelenléte csökkenti az aktivált allil-metabolitokból képződő kationok stabilitását, és így csökkenti az alkilációs potenciált, és valóban, a toremifen nem mutat DNS-adduktképződést rágcsálóhepatocitákban. A toremifen véd a csontveszteség ellen ovariektomizált patkánymodellekben, és klinikailag a tamoxifenhez hasonlóan befolyásolja a csontreszorpciós markereket. A toremifen a tamoxifenhez hasonlóan a mikroszomális citokróm P450 enzimek, de elsősorban a CYP3A4 izoforma révén megy át az I. fázisú metabolizmuson. A toremifen két fő metabolitja az N-deszmetil-toremifen és a deaminohidroxi-toremifen (ospemifen) N-demetiláció és deaminálás-hidroxiláció útján képződik. Az N-desz-metil-toremifen hasonló hatékonysággal rendelkezik, mint a toremifen, míg a 4-hidroxitol-toremifen nagyobb kötődési affinitással rendelkezik az ER-hez, mint a toremifen. A 4-hidroxitoremifen szerepe hasonló a 4-hidroxitamoxifenéhez.
Második generációs benzotiofénekSzerkesztés
A Raloxifen (-fenil]-metanon; lásd a 9. ábrát) a második generációs benzotiofén SERM gyógyszerek közé tartozik. Nagy affinitással rendelkezik az ER-hez, erős ösztrogénellenes aktivitással és az ösztradioltól eltérő szövetspecifikus hatásokkal. A Raloxifen ER-agonista a csontokban és a szív- és érrendszerben, de az emlőszövetben és az endometriumban ER-antagonistaként hat. Kiterjedten metabolizálódik glükuronidkonjugációval a bélben, és emiatt alacsony, mindössze 2%-os biohasznosulása van, míg a tamoxifen és a toremifené megközelítőleg 100%.
A raloxifen előnye a trifeniletilén tamoxifennel szemben a méhre gyakorolt csökkent hatás. A rugalmas csuklócsoport, valamint az ösztrogénellenes fenil-4-piperidinoetoxi oldallánc fontos a méhre gyakorolt hatások minimalizálásában. Rugalmassága miatt az oldallánc a maghoz képest ortogonális elhelyezkedést kaphat, így a raloxifen oldalláncának aminja 1 Å-val közelebb van a tamoxifenhez képest az ERα ligandumkötő doménjének Asp-351-es aminosavához.
A raloxifen hidrofób oldallánca és a receptor hidrofób maradékának a SERM-ER komplex külső felületének alakját és töltését egyaránt megváltoztató bensőséges kapcsolatának kritikus szerepét a raloxifen-származékokkal igazolták. Ha a raloxifen és az Asp-351 közötti interaktív távolságot 2,7 Å-ról 3,5-5 Å-ra növeljük, az a raloxifen-ERα komplex fokozott ösztrogénszerű hatását okozza. Amikor a raloxifen piperidingyűrűjét ciklohexánra cseréljük, a ligandum elveszíti ösztrogénellenes tulajdonságait és teljes agonistává válik. A SERM ösztrogénellenes oldallánca és az Asp-351 aminosav közötti kölcsönhatás az AF-2 elnémításának fontos első lépése. Ez áthelyezi a 12-es hélixet a ligandumkötő zsebből, ezáltal megakadályozza, hogy a koaktivátorok a SERM-ER-komplexhez kötődjenek.
Harmadik generációSzerkesztés
A harmadik generációs vegyületek vagy nem mutatnak méhstimulációt, javult a potencia, nem nő jelentősen a hőhullámok száma, vagy akár e pozitív tulajdonságok kombinációját mutatják.
Az első dihidronaftalin SERM, a nafoxidin (lásd a 10. ábrát), amely klinikai jelölt volt az emlőrák kezelésére, de mellékhatásai voltak, beleértve a súlyos fototoxicitást, módosításai eredményezték a lasofoxifent ((5R,6S)-6-fenil-5–5,6,7,8-tetrahidronaftalin-2-ol; lásd a 11. ábrát). A nafoxidin mindhárom fenilje a tamoxifenhez hasonlóan koplanáris elrendezésben van megkötve. Hidrogénezéssel azonban a nafoxidén kettős kötése redukálódott, és mindkét fenil cisz-orientált. Az aminhordozó oldallánc ekkor axiális konformációt vehet fel, és ez a csoport ortogonálisan helyezkedik el a mag síkjához képest, mint a ralofoxifen és más, kevésbé uterotróp SERM-ek.
A lasofoxifen a csontvesztés elleni védelem és a koleszterinszint csökkentése terén a legerősebb SERM-ek közé tartozik, amelyekről beszámoltak. A lasofoxifen kiváló orális hatékonyságát a fenol csökkent bélrendszeri glükuronidációjának tulajdonítják. A raloxifennel ellentétben a lasofoxifen megfelel a bélfal-glükuronidációval szembeni rezisztenciát előrejelző farmakofór modell követelményének. A szerkezeti követelmény egy nem síkbeli topológia, ahol a sztérikus tömeg közel van a fuzionált biciklikus aromás rendszer síkjához. Az ER és a lasofoxifen közötti kölcsönhatások összhangban vannak a SERM-ER felismerés általános jellemzőivel. A lasofoxifen nagy, rugalmas oldallánca pirrolidin fejcsoportban végződik, és a fehérje felszíne felé húzódik, ahol közvetlenül beavatkozik az AF-2 hélix helyzetébe. A lasofoxifen és az Asp-351 között sóhíd alakul ki. A töltéssemlegesítés ebben az ER régióban magyarázhatja a lasofoxifen által kifejtett egyes ösztrogénellenes hatásokat.
Az indolrendszer a SERM-ek központi egységeként szolgált, és amikor az indolhoz egy benziloxietillel egy amin kapcsolódik, az így kapott vegyületekről kimutatták, hogy nincs preklinikai méhaktivitásuk, miközben kis dózisokban teljes hatékonysággal kímélik a patkánycsontokat. A bazedoxifen (1H-indo-5-ol,1-metil]2-(-4-hidroxifenil)-3-metil; lásd a 10. ábrát] ecetsav) az egyik ilyen vegyület. A magkötő domén egy 2-fenil-3-metil indolból és egy hexametilénamin gyűrűből áll az oldallánc-affektáló régióban. Glükuronidációval metabolizálódik, abszolút biológiai hozzáférhetősége 6,2%, 3-szor nagyobb, mint a raloxiféné. Agonista hatással van a csont- és a lipidanyagcserére, de nem az emlő- és méh-endometriumra. Jól tolerálható, és nem mutatja a hőhullámok előfordulásának, a méh hipertrófiájának vagy az emlő érzékenységének növekedését.
Az ospemifen (Z-2-(4-(4-(4-klór-1,2-difenil-but-1-enil)fenoxi)etanol; lásd a 13. ábrát) egy trifeniletilén és a toremifen ismert metabolitja. Szerkezetileg nagyon hasonló a tamoxifenhez és a toremifenhez. Az ospemifen nem rendelkezik 2-(dimetilamino)etoxi-csoporttal, mint a tamoxifen. Szerkezet-aktivitás összefüggés vizsgálatok azt mutatták, hogy a tamoxifen e csoportjának eltávolításával az agonista aktivitás a méhben jelentősen csökkent, de a csontokban és a szív- és érrendszerben nem. A preklinikai és klinikai adatok azt mutatják, hogy az oszpemifen jól tolerálható, és nincsenek súlyos mellékhatásai. Az ospemifen előnye más SERM-ekkel szemben a hőhullámokra gyakorolt semleges hatása és a hüvelyre gyakorolt ER-agonista hatása, amely javítja a hüvelyszárazság tüneteit.
Kötődési módokSzerkesztés
A SERM-ekről ismert, hogy négy különböző kötődési móddal rendelkeznek az ER-hez. Az egyik ilyen jellemző a ligandum és az ERα Arg-394 és Glu-353 közötti erős hidrogénkötések, amelyek az “A-gyűrű zsebét” szegélyezik, és segítenek a ligandumnak az ER kötőzsebében maradni. Ez ellentétben áll a 17β-ösztradiollal, amely a “D-gyűrűs zsebben” lévő His-524-hez hidrogénkötéssel kapcsolódik. A ligandum-kötő zseb további jellegzetes kötődése egy közel síkbeli “mag” szerkezettel, amely jellemzően egy biaril heterociklusból áll, amely a 17β-ösztradiol A-gyűrűjével és B-gyűrűjével egyenértékű (lásd a 14. ábrát), a megfelelő kötőhelyhez; a biaril szerkezetből egy terjedelmes oldallánc, amely a 17β-ösztradiol B-gyűrűjével analóg, és végül egy második oldalcsoport, amely a C- és D-gyűrűvel egyenértékű és általában aromás, kitölti a ligandum-kötő zseb fennmaradó térfogatát.
Az ER két altípusa közötti kis különbségeket már felhasználták altípusszelektív ER-modulátorok kifejlesztésére, de a két receptor közötti nagyfokú hasonlóság miatt a fejlesztés nagy kihívást jelent. A ligandumkötő doménekben lévő aminosavak két pozícióban különböznek, Leu-384 és Met-421 az ERα-ban és Met-336 és Ile-373 az ERβ-ben, de hasonló hidrofobicitással és térfoglaló térfogattal rendelkeznek. Az aminosavmaradványok alakja és forgási gátja azonban nem azonos, ami a kötőüreg α- és β-oldalának megkülönböztetéséhez vezet az ERα és az ERβ között. Ez az ERα-preferenciális kötődését okozza a Met-336-tal lefelé, míg a Met-336-tal felfelé tájolt ligandum-szubsztituensek nagyobb valószínűséggel kötődnek az ERβ-hez. Egy másik különbség az ERα-ban a Val-392-ben van, amelyet az ERβ-ben Met-344 helyettesíti. Az ERβ kötőzsebének térfogata valamivel kisebb, alakja pedig némileg eltér az ERα-étól. Sok ERβ-szelektív ligandum nagyrészt planáris elrendezésű, mivel az ERβ kötőüregének ürege valamivel keskenyebb, mint az ERα-é, ez azonban önmagában szerény szelektivitáshoz vezet. Az erős szelektivitás eléréséhez a ligandumnak a szubsztituenseket nagyon közel kell helyeznie az ERα és az ERβ közötti egy vagy több aminosavkülönbséghez, hogy erős taszító erőt hozzon létre a másik altípusú receptor felé. Ezenkívül a ligandum szerkezetének merevnek kell lennie. A taszító kölcsönhatások ellenkező esetben a ligandum konformációjának megváltozásához és ezáltal alternatív kötődési módok kialakulásához vezethetnek.
Első generációs trifeniletilénekSzerkesztés
A tamoxifent a máj citokróm P450 rendszere alakítja 4-hidroxitamoxifenné, és az ERα altípus szelektívebb antagonistája, mint az ERβ. A 4-hidroxitamoxifen ugyanabban a kötődési zsebben kötődik az ER-hez, amely a 17β-ösztradiolt is felismeri. Úgy tűnik, hogy a 4-hidroxitamoxifen receptorfelismerését a 4-hidroxitamoxifen két szerkezeti jellemzője, a fenolos A gyűrű és a terjedelmes oldallánc irányítja. A fenolos A gyűrű hidrogénkötéseket képez az ER Arg-394, Glu-354 oldalcsoportjaihoz és a szerkezetileg konzervált vízhez. A kötőüregből kiálló terjedelmes oldallánc kiszorítja a 12-es hélixet a ligandumkötő zsebből, hogy a koaktivátor-kötő zseb egy részét befedje. Az ER-4-hidroxitamoxifen komplexképződés korepresszor fehérjéket toboroz. Ez a DNS-szintézis csökkenéséhez és az ösztrogénaktivitás gátlásához vezet. A klomifen és a torimefén a tamoxifenhez hasonló kötési affinitást produkál. Így ez a két gyógyszer szelektívebb antagonistája az ERα altípusnak, mint az ERβ-nek.
Második generációs benzotiofenekSzerkesztés
A raloxifen a 4-hidroxitamoxifenhez hasonlóan a fenolos “A gyűrű” hidroxilcsoportjával (lásd a 15. ábrát) az Arg-394 és Glu-353 hidrogénkötéseken keresztül kötődik az ERα-hoz. E kötéseken kívül a raloxifen egy második hidrogénkötést is kialakít az ER-hez a His-524 oldalcsoportján keresztül, mivel a “D gyűrűben” egy második hidroxilcsoport is jelen van (lásd a 15. ábrát). Ez a hidrogénkötés is eltér a 17β-ösztradiol és a His-524 közötti kötéstől, mivel a His-524 imidazolgyűrűje elfordul, hogy ellensúlyozza a raloxifen és a 17β-ösztradiol oxigénpozíciójának különbségét. A 4-hidroxitamoxifenhez hasonlóan a raloxifen terjedelmes oldallánca elmozdítja a 12-es hélixet.
Harmadik generációSzerkesztés
A lasofoxifen és az ERα közötti kölcsönhatás jellemző a SERM-ERα közötti kölcsönhatásokra, mint például a közel planáris topológia (a tetrahidronaftalén karbociklus), hidrogénkötés az Arg-394 és Glu-353-mal, valamint a lasofoxifen fenil oldalláncai kitöltik a ligandumkötő zseb C-gyűrű és D-gyűrű térfogatát. A lasofoxifen eltéríti a 12-es hélixet és megakadályozza az LXXLL-motívumú koaktivátorfehérjék kötődését. Ezt úgy éri el, hogy a lasofoxifen elfoglalja azt a teret, amelyet normális esetben a Leu-540 oldalcsoportja tölt ki, és módosítja a 11-es hélix maradékainak (His-524, Leu-525) konformációját. Továbbá a lasofoxifen a hatóanyag etil-pirrolidin csoportja révén közvetlenül beavatkozik a 12-es hélix pozícionálásába is. In vitro vizsgálatok azt mutatják, hogy a bazedoxifen kompetitíven blokkolja a 17β-ösztradiolt az ERα-hoz és az ERβ-hez való magas és hasonló kötődés révén. A bazedoxifen fő kötődoménje a 2-fenil-3-metilindolból és egy hexametilénamin gyűrűből áll az oldallánccal érintett régióban.
Az ospemifen a toremifen oxidatív deaminált metabolitja, mivel hasonlóan kötődik az ER-hez, mint a toremifen és a tamoxifen. A három metabolit, a 4-hidroxi-Oszpemifen, a 4′-hidroxi-Oszpemifen és a 4-hidroxi-, oldalláncú karbonsav Oszpemifen kompetitív kötődése az ERα-hoz és ERβ-hez legalább olyan magas, mint az alapvegyületé.