Zależności struktura-aktywnośćEdit
Struktura rdzenia SERMs symuluje wzorzec 17β-estradiolu. Posiadają one dwa pierścienie aromatyczne rozdzielone 1-3 atomami (często układ typu stilbene). Pomiędzy dwoma fenylami rdzenia SERM mają zwykle 4-podstawioną grupę fenylową, która po związaniu z ER wystaje z pozycji jądra estratrienu, tak że helisa 12 przesuwa się z otworu receptora i blokuje przestrzeń, w której normalnie wiązałyby się białka koaktywatora i powodowałyby aktywność agonistyczną ER. Istniało wiele odmian w części rdzeniowej SERMs, natomiast mniejsza elastyczność dotyczyła tego, co jest tolerowane w łańcuchu bocznym. SERM można sklasyfikować na podstawie ich struktury rdzenia.
Tripenyloetyleny pierwszej generacjiEdit
Pierwszą zgłoszoną główną klasą strukturalną cząsteczek typu SERM są tripenyloetyleny. Rdzeń stilbenowy (podobny do niesteroidowego estrogenu, dietylostilbestrolu) zasadniczo naśladuje estrogeny steroidowe, takie jak 17β-estradiol, podczas gdy łańcuch boczny pokrywa się z 11 pozycją jądra steroidu (patrz rysunek 5). Pochodne trifenyloetylenu mają dodatkową grupę fenylową przyłączoną do grupy mostka etylenowego. Zdolność fenoli do tworzenia wiązań H w 3 pozycji jest istotnym warunkiem wiązania ER.
Pierwszy lek, klomifen (2–N,N-dietyloetanamina;2-hydroksy-1,2,3-propanotrikarboksylan; patrz rysunek 6) ma podstawnik chloro na etylenowym łańcuchu bocznym, który powoduje podobne powinowactwo wiązania jak później odkryty lek tamoksyfen. Klomifen jest mieszaniną izomerów estrogennych (forma cis) i antyestrogennych (forma trans). Cis i trans są zdefiniowane w kategoriach relacji geometrycznych dwóch niepodstawionych pierścieni fenylowych. Oba izomery klomifenu mają różne profile, gdzie forma trans ma aktywność bardziej zbliżoną do tamoksyfenu, podczas gdy forma cis zachowuje się bardziej jak 17β-estradiol. Cis jest około dziesięć razy silniejszy niż trans. Jednak izomer trans jest najsilniejszym stymulatorem przerostu komórek nabłonka, ponieważ klomifen jest antagonistyczny w niskich dawkach i agonistyczny w wysokich dawkach. Izomery antagonistyczne mogą wywoływać hamujące działanie estrogenów w macicy i rakach sutka, ale izomer estrogenny może łączyć się z nowymi receptorami, aby wywołać estrogenopodobne działanie w kościach.
Tamoksyfen ((Z)-2–N,N-dimetylo-etanamina; zob. rysunek 7) stał się leczeniem z wyboru dla kobiet, u których zdiagnozowano wszystkie stadia raka piersi reagującego na hormony, tj. raka piersi, który jest ER i/lub progesteron dodatni. W USA jest on również podawany w ramach profilaktycznej chemioprofilaktyki u kobiet, u których stwierdzono wysokie ryzyko zachorowania na raka piersi. Tamoksyfen jest czystym antyestrogenowym trans-izomerem i ma zróżnicowane działanie w docelowych tkankach estrogenów w całym organizmie. Tamoksyfen jest selektywnie antyestrogenny w piersi, ale estrogenopodobny w kościach i raku endometrium. Tamoksyfen jest metabolizowany w wątrobie w fazie I przez enzymy mikrosomalne cytochromu P450 (CYP). Głównymi metabolitami tamoksyfenu są N-desmetyltamoksyfen i 4-hydroksytamoksyfen.
Struktura krystalograficzna 4-hydroksytamoksyfenu oddziałuje z aminokwasami ER w obrębie domeny wiążącej ligand. Kontakt między grupą fenolową, cząsteczką wody oraz glutaminianem i argininą w receptorze (ERα; Glu 353/Arg 394) rozwiązuje się w wiązaniu o wysokim powinowactwie, tak że 4-hydroksytamoksy tamoksyfen, z pierścieniem fenolowym, który przypomina pierścień A 17β-estradiolu, ma ponad 100 razy wyższe względne powinowactwo wiązania niż tamoksyfen, który nie ma fenolu. Jeśli grupa OH zostanie wyeliminowana lub jej położenie zostanie zmienione, powinowactwo wiązania zmniejsza się.
Trójfenylenowa cząsteczka i łańcuch boczny są wymagane do wiązania tamoksyfenu z ER, podczas gdy dla 4-hydroksytamoksyfenu, łańcuch boczny i fenylopropen nie wydają się być kluczowymi elementami strukturalnymi do wiązania z ER. Zasadowość i długość łańcucha bocznego nie wydają się odgrywać kluczowej roli dla powinowactwa tamoksyfenu do ER, podobnie jak pierścień β tamoksyfenu, ale cząsteczka stilbenowa tamoksyfenu jest niezbędna do wiązania się z ER. Grupa hydroksylowa ma szczególne znaczenie dla wiązania 4-hydroksytamoksyfenu z ER, a etylowy łańcuch boczny tamoksyfenu wystaje poza domenę ER wiążącą ligand.
Kilka osób stosujących tamoksyfen cierpiało z powodu zwiększonej częstości występowania raka macicy, uderzeń gorąca i zakrzepowo-zatorowych. Lek ten może również powodować raka wątroby u szczurów. Jest to prawdopodobnie spowodowane przez grupę etylową rdzenia stilbenu tamoksyfenu, która podlega oksydacyjnej aktywacji allilowej powodującej alkilację DNA i rozszczepienie nici. Problem ten został później skorygowany w toremifenie. Tamoksyfen jest bardziej obiecujący niż raloksyfen w miejscach docelowych ze względu na związek między aminokwasem ER w Asp-351 i antyestrogenowym łańcuchem bocznym SERM. Łańcuch boczny tamoksyfenu nie może neutralizować Asp-351, więc miejsce to wpływa allosterycznie na AF-1 na proksymalnym końcu ER. Problem ten został rozwiązany za pomocą leku drugiej generacji – raloksyfenu.
Toremifen (cytrynian toremifenu; patrz rycina 8), oznaczany chemicznie jako cytrynian 2-(p-fenoksy)-N,N-dimetyloetyloaminy, jest chlorowaną pochodną niesteroidowego antyestrogenu tamoksyfenu z podstawnikiem chloro przy etylenowym łańcuchu bocznym, wytwarzającym podobne powinowactwo wiązania jak tamoksyfen. Struktura i aktywność toremifenu jest podobna do struktury i aktywności tamoksyfenu, ale w porównaniu ze starszym lekiem ma on znacznie lepszą zdolność do alkilacji DNA. Obecność dodanego atomu chloru zmniejsza stabilność kationów powstających z aktywowanych metabolitów allilowych, a tym samym zmniejsza potencjał alkilacyjny i rzeczywiście toremifen nie wykazuje tworzenia adduktów DNA w hepatocytach gryzoni. Toremifen chroni przed utratą kości w modelach szczurzych poddanych ovariektomii i wpływa na markery resorpcji kości klinicznie w sposób podobny do tamoksyfenu. Toremifen jest metabolizowany w fazie I przez enzymy mikrosomalne cytochromu P450, podobnie jak tamoksyfen, ale głównie przez izoformę CYP3A4. Toremifen tworzy swoje dwa główne metabolity N-desmetylotoremifen i deaminohydroksy-toremifen (ospemifen) w wyniku N-demetylacji i deaminacji-hydroksylacji. N-desmetylotoremifen ma podobną skuteczność jak toremifen, podczas gdy 4-hydroksytoremifen ma większe powinowactwo wiązania do ER niż toremifen. 4-hydroksytoremifen ma rolę podobną do roli 4-hydroksytamoksyfenu.
Benzotiofeny drugiej generacjiEdit
Raloksyfen (-fenylo]-metanon; patrz ryc. 9) należy do leków SERM drugiej generacji z grupy benzotiofenów. Charakteryzuje się wysokim powinowactwem do ER, silnym działaniem antyestrogenowym i działaniem tkankowo-specyficznym, odmiennym od estradiolu. Raloksyfen jest agonistą ER w układzie kostnym i sercowo-naczyniowym, natomiast w tkance piersi i endometrium działa jako antagonista ER. Jest intensywnie metabolizowany w jelicie poprzez sprzęganie z glukuronidami i z tego powodu ma niską biodostępność wynoszącą zaledwie 2%, podczas gdy biodostępność tamoksyfenu i toremifenu wynosi około 100%.
Przewagą raloksyfenu nad tamoksyfenem trójetylenowym jest zmniejszony wpływ na macicę. Elastyczna grupa zawiasowa, jak również antyestrogenowy łańcuch boczny fenylowy 4-piperydynoetoksy, są ważne dla zminimalizowania wpływu na macicę. Ze względu na swoją elastyczność łańcuch boczny może uzyskać ortogonalne położenie w stosunku do rdzenia, tak że amina łańcucha bocznego raloksyfenu jest o 1 Å bliżej niż tamoksyfenu aminokwasu Asp-351 w domenie wiążącej ligand ERα.
Krytyczna rola intymnej relacji między hydrofobowym łańcuchem bocznym raloksyfenu a hydrofobową resztą receptora w celu zmiany zarówno kształtu, jak i ładunku zewnętrznej powierzchni kompleksu SERM-ER została potwierdzona z pochodnymi raloksyfenu. Zwiększenie interakcyjnej odległości pomiędzy raloksyfenem a Asp-351 z 2,7 Å do 3,5-5 Å powoduje zwiększenie estrogenopodobnego działania kompleksu raloksyfen-ERα. Gdy pierścień piperydynowy raloksyfenu zostanie zastąpiony cykloheksanem, ligand traci właściwości antyestrogenowe i staje się pełnym agonistą. Interakcja pomiędzy antyestrogenowym łańcuchem bocznym SERM a aminokwasem Asp-351 jest pierwszym ważnym krokiem w wyciszaniu AF-2. Przenosi ona helisę 12 z dala od kieszeni wiążącej ligand, uniemożliwiając w ten sposób wiązanie się koaktywatorów z kompleksem SERM-ER.
Third-generationEdit
Związki trzeciej generacji wykazują albo brak stymulacji macicy, poprawę siły działania, brak znaczącego wzrostu uderzeń gorąca lub nawet kombinację tych pozytywnych cech.
Modyfikacje pierwszego dihydronaptalenowego SERM, nafoksydyny (patrz rysunek 10), która była kandydatem klinicznym do leczenia raka piersi, ale miała działania niepożądane, w tym ciężką fototoksyczność, doprowadziły do powstania lasofoksyfenu ((5R,6S)-6-fenylo-5–5,6,7,8-tetrahydro-naftalen-2-ol; patrz rysunek 11). Nafoksydyna ma wszystkie trzy fenyle ograniczone w układzie koplanarnym, tak jak tamoksyfen. Jednak w wyniku uwodornienia wiązanie podwójne nafoksydyny zostało zredukowane i oba fenylowe są zorientowane cis. Aminonośny łańcuch boczny może wtedy przyjąć konformację osiową i umiejscowić tę grupę ortogonalnie do płaszczyzny rdzenia, jak ralofoksyfen i inne mniej uterotropowe SERM-y.
Lasofoksyfen należy do najsilniejszych SERM-ów, o których donoszono w związku z ochroną przed utratą kości i zmniejszeniem stężenia cholesterolu. Doskonała doustna siła działania lasofoksyfenu została przypisana zmniejszonej jelitowej glukuronidacji fenolu. W przeciwieństwie do raloksyfenu, lasofoksyfen spełnia wymóg modelu farmakoforowego, który przewiduje odporność na glukuronidację w ścianie jelita. Wymogiem strukturalnym jest topologia nieplanarna, w której większość steryczna znajduje się w pobliżu płaszczyzny stopionego bicyklicznego układu aromatycznego. Interakcje pomiędzy ER i lasofoksyfenem są zgodne z ogólnymi cechami rozpoznawania SERM-ER. Duży, elastyczny łańcuch boczny lasofoksyfenu zakończony jest pirolidynow± grup± główn± i biegnie w kierunku powierzchni białka, gdzie interferuje bezpo¶rednio z pozycj± helisy AF-2. Pomiędzy lasofoksyfenem a Asp-351 tworzy się mostek solny. Neutralizacja ładunku w tym regionie ER może wyjaśniać niektóre efekty antyestrogenowe wywierane przez lasofoksyfen.
Układ indolowy służył jako podstawowa jednostka w SERM-ach, a kiedy amina jest dołączona do indolu za pomocą benzyloksyetylu, wykazano, że powstałe związki nie mają przedklinicznej aktywności macicznej, jednocześnie oszczędzając kości szczurów z pełną skutecznością przy niskich dawkach. Bazedoksyfen (1H-indo-5-ol,1-metylo]2-(-4-hydroksyfenyl)-3-metylo; patrz ryc. 10] kwas octowy) jest jednym z tych związków. Główna domena wiążąca składa się z 2-fenylo-3-metylowego indolu i pierścienia heksametylenaminowego w rejonie afektora łańcucha bocznego. Jest metabolizowany na drodze glukuronidacji, a jego bezwzględna biodostępność wynosi 6,2% i jest 3-krotnie wyższa niż raloksyfenu. Ma działanie agonistyczne na metabolizm kostny i lipidowy, ale nie na endometrium piersi i macicy. Jest dobrze tolerowany i nie wykazuje wzrostu częstości występowania uderzeń gorąca, przerostu macicy ani tkliwości piersi.
Ospemifen (Z-2-(4-(4-chloro-1,2-difenylo-but-1-enylo)fenoksy)etanol; patrz rycina 13) jest trifenyloetylenem i znanym metabolitem toremifenu. Jest on strukturalnie bardzo podobny do tamoksyfenu i toremifenu. Ospemifen nie posiada grupy 2-(dimetyloamino)etoksy jak tamoksyfen. Badania zależności struktura-aktywność wykazały, że poprzez usunięcie tej grupy tamoksyfenu aktywność agonistyczna w macicy została znacznie zmniejszona, ale nie w układzie kostnym i sercowo-naczyniowym. Dane przedkliniczne i kliniczne wskazują, że ospemifen jest dobrze tolerowany i nie powoduje poważniejszych działań niepożądanych. Korzyścią, jaką ospemifen może mieć w porównaniu z innymi SERM, jest jego neutralny wpływ na uderzenia gorąca oraz działanie ER-agonistyczne na pochwę, poprawiające objawy suchości pochwy.
Tryby wiązaniaEdit
Wiadomo, że SERM charakteryzują cztery charakterystyczne tryby wiązania z ER. Jedną z tych cech są silne wiązania wodorowe pomiędzy ligandem a Arg-394 i Glu-353 ERα, które tworzą „kieszonkę pierścienia A” i pomagają ligandowi pozostać w kieszonce wiążącej ER. Inaczej jest w przypadku 17β-estradiolu, który jest związany wodorowo z His-524 w „kieszeni D-ring”. Inne charakterystyczne wiązania do kieszeni wiążącej ligandu są z prawie planarną strukturą „rdzenia” zwykle złożoną z heterocyklu biarylowego, równoważnego pierścieniowi A i pierścieniowi B 17β-estradiolu (patrz rysunek 14), do odpowiedniego miejsca wiązania; nieporęczny łańcuch boczny ze struktury biarylowej, analogiczny do pierścienia B 17β-estradiolu i wreszcie druga grupa boczna, która jest odpowiednikiem pierścienia C i D i zwykle aromatyczna, wypełnia pozostałą objętość kieszeni wiążącej ligand.
Trifenyloetyleny pierwszej generacjiEdit
Tamoksyfen jest przekształcany przez wątrobowy cytochrom P450 do 4-hydroksytamoksyfenu i jest bardziej selektywnym antagonistą podtypu ERα niż ERβ. 4-hydroksytamoksyfen wiąże się z ERs w obrębie tej samej kieszeni wiążącej, która rozpoznaje 17β-estradiol. Rozpoznawanie receptora przez 4-hydroksytamoksyfen wydaje się być kontrolowane przez dwie cechy strukturalne 4-hydroksytamoksyfenu, fenolowy pierścień A i nieporęczny łańcuch boczny. Pierścień fenolowy A tworzy wiązania wodorowe z grupami bocznymi ER: Arg-394, Glu-354 oraz z konserwowaną strukturalnie wodą. Masywny łańcuch boczny, wystaj±c z wnęki wi±ż±cej, wypiera helisę 12 z kieszeni wi±ż±cej ligand, obejmuj±c czę¶ć kieszeni wi±ż±cej koaktywator. Powstanie kompleksu ER-4-hydroksytamoksyfen powoduje rekrutację białek regulatorowych. Prowadzi to do zmniejszenia syntezy DNA i zahamowania aktywności estrogenów. Klomifen i torimefen wykazują powinowactwo wiązania podobne do tamoksyfenu. Dlatego te dwa leki są bardziej selektywnymi antagonistami podtypu ERα niż ERβ.
Benzotiofeny drugiej generacjiEdit
Raloksyfen, podobnie jak 4-hydroksytamoksyfen, wiąże się z ERα za pomocą grupy hydroksylowej swojego fenolowego „pierścienia A” (patrz ryc. 15) poprzez wiązania wodorowe z Arg-394 i Glu-353. Oprócz tych wiązań, raloksyfen tworzy drugie wiązanie wodorowe z ER poprzez grupę boczną His-524, ze względu na obecność drugiej grupy hydroksylowej w „pierścieniu D” (patrz Ryc. 15). To wiązanie wodorowe jest również odmienne od tego pomiędzy 17β-estradiolem i His-524, ponieważ pierścień imidazolowy His-524 jest obrócony, aby przeciwdziałać różnicy pozycji tlenu w raloksyfenie i w 17β-estradiolu. Podobnie jak w 4-hydroksytamoksyfenie, nieporęczny łańcuch boczny raloksyfenu wypiera helisę 12.
Third-generationEdit
Interakcje lasofoksyfenu z ERα są typowe dla interakcji pomiędzy SERM-ERα, takie jak prawie planarna topologia (karbocykl tetrahydronaptalenowy), wiązanie wodorowe z Arg-394 i Glu-353 oraz fenylowymi łańcuchami bocznymi lasofoksyfenu wypełniającymi objętość C-ringu i D-ringu kieszeni wiążącej ligand. Lasofoksyfen odwraca helisę 12 i uniemożliwia wiązanie białek koaktywatorów z motywami LXXLL. Dzieje się tak dzięki zajmowaniu przez lasofoksyfen miejsca normalnie wypełnianego przez grupę boczną Leu-540 oraz modulowaniu konformacji reszt helisy 11 (His-524, Leu-525). Ponadto, lasofoksyfen bezpośrednio ingeruje w pozycjonowanie helisy 12 przez grupę etylowo-pirolidynową leku. Badania in vitro wskazują, że bazedoksifen konkurencyjnie blokuje 17β-estradiol poprzez wysokie i podobne wiązanie zarówno do ERα, jak i ERβ. Główna domena wiążąca bazedoksyfenu składa się z 2-fenylo-3-metyloindolu i pierścienia heksametylenaminowego w regionie oddziaływania łańcucha bocznego.
Ospemifen jest oksydacyjnie deaminowanym metabolitem toremifenu, który ma podobne wiązanie z ER jak toremifen i tamoksyfen. Konkurencyjne wiązanie z ERα i ERβ trzech metabolitów 4-hydroksy Ospemifenu, 4′-hydroksy Ospemifenu i 4-hydroksy-, bocznego łańcucha kwasu karboksylowego Ospemifenu jest co najmniej tak wysokie jak związku macierzystego.
.