Relații structură-activitateEdit
Structura centrală a SERM-urilor simulează șablonul 17β-estradiol. Ei au două inele aromatice separate de 1-3 atomi (adesea un aranjament de tip stilben). Între cei doi fenili ai nucleului, SERM-urile au de obicei o grupare fenil 4-substituită care, atunci când se leagă de ER, se proiectează dintr-o poziție a unui nucleu de estratrienă, astfel încât helixul 12 se deplasează de la deschiderea receptorului și blochează spațiul în care proteinele coactivatoare s-ar lega în mod normal și ar determina activitatea agonistă a ER. Au existat multe variații în partea centrală a SERM-urilor, în timp ce a existat mai puțină flexibilitate în ceea ce privește ceea ce este tolerat în lanțul lateral. SERM-urile pot fi clasificate în funcție de structura de bază.
Trifeniletilene de primă generațieEdit
Prima clasă structurală principală de molecule de tip SERM raportată sunt trifeniletilenele. Nucleul stilbenei (similar cu estrogenul nesteroidian, dietilstilbestrolul) imită în esență estrogenii steroidieni, cum ar fi 17β-estradiolul, în timp ce lanțul lateral se suprapune cu poziția 11 a nucleului steroidian (a se vedea figura 5). Derivații de trifeniletilenă au un grup fenil suplimentar atașat la grupul punte de etilenă. Capacitatea de legătură H în poziția 3 a fenolilor este o cerință semnificativă pentru legarea la ER.
Primul medicament, clomifenul (2–N,N-dietilentanamină;2-hidroxi-1,2,3-propanetricarboxilat; a se vedea figura 6) are un substituent cloro pe lanțul lateral al etilenei care produce afinități de legare similare cu tamoxifenul, medicament descoperit ulterior. Clomifenul este un amestec de izomeri estrogenici (forma cis) și antiestrogenici (forma trans). Cis și trans sunt definite în funcție de relațiile geometrice ale celor două inele fenilice nesubstituite. Cei doi izomeri ai clomifenului au profiluri diferite, în care forma trans are o activitate mai asemănătoare cu cea a tamoxifenului, în timp ce forma cis se comportă mai mult ca 17β-estradiolul. Cis este de aproximativ zece ori mai puternic decât trans. Cu toate acestea, izomerul trans este cel mai puternic stimulator al hipertrofiei celulelor epiteliale, deoarece clomifenul este antagonist la doze mici și agonist la doze mari. Izomerii antagoniști pot provoca efecte estrogenice inhibitoare în uter și în cancerele mamare, dar izomerul estrogenic ar putea să se combine cu noi receptori pentru a produce efecte asemănătoare estrogenului în oase.
Tamoxifenul ((Z)-2–N,N-dimetil-etanamină; a se vedea figura 7) a devenit tratamentul de elecție pentru femeile diagnosticate cu toate stadiile cancerului de sân sensibil la hormoni, adică un cancer de sân care este atât ER și/sau progesteron pozitiv. În SUA, se administrează, de asemenea, pentru chimioprevenție profilactică la femeile identificate ca având un risc ridicat de cancer de sân. Tamoxifenul este un trans-izomer antiestrogenic pur și are acțiuni diferențiate la nivelul țesuturilor țintă estrogenice din întregul organism. Tamoxifenul este selectiv antiestrogenic la nivelul sânului, dar estrogen-like la nivelul oaselor și al cancerului endometrial. Tamoxifenul este supus metabolismului de fază I în ficat de către enzimele microsomale ale citocromului P450 (CYP). Principalii metaboliți ai tamoxifenului sunt N-desmetiltamoxifenul și 4-hidroxittamoxifenul.
Structura cristalografică a 4-hidroxittamoxifenului interacționează cu aminoacizii ER din cadrul domeniului de legare a ligandului. Contactul dintre gruparea fenolică, molecula de apă și glutamatul și arginina din receptor (ERα; Glu 353/Arg 394) se rezolvă într-o legătură de mare afinitate, astfel încât 4-hidroxi-tamoxifenul, cu un inel fenolic care seamănă cu inelul A al 17β-estradiolului, are o afinitate de legare relativă de peste 100 de ori mai mare decât tamoxifenul, care nu are fenol. Dacă grupa OH a acestuia este eliminată sau dacă poziția sa este schimbată, afinitatea de legare este redusă.
Motitatea trifeniletilenică și lanțul lateral sunt necesare pentru legarea tamoxifenului la RE, în timp ce pentru 4-hidroxittamoxifen, lanțul lateral și fenil-propenul nu par a fi elemente structurale cruciale pentru legarea la RE. Bazicitatea și lungimea lanțului lateral nu par să joace un rol crucial pentru afinitatea de legare a tamoxifenului la RE și nici inelul β al tamoxifenului, dar fracțiunea stilbenică a tamoxifenului este necesară pentru legarea la RE. Grupa hidroxil are o importanță deosebită pentru legarea la RE a 4-hidroxistamoxifenului, iar lanțul lateral etilic al tamoxifenului iese în afara domeniului de legare a ligandului din RE.
Puține utilizatoare de tamoxifen au suferit de rate crescute de cancer uterin, bufeuri și tromboembolisme. Medicamentul poate provoca, de asemenea, hepatocarcinoame la șobolani. Acest lucru se datorează probabil grupei etil din nucleul stilbenei tamoxifenului care este supusă activării oxidative alilice care provoacă alchilarea ADN-ului și scindarea catenei. Această problemă este corectată ulterior în toremifene. Tamoxifenul este mai promiscuu decât raloxifenul în situsurile țintă din cauza relației dintre aminoacidul ER din Asp-351 și lanțul lateral antiestrogenic al SERM. Lanțul lateral pentru tamoxifen nu poate neutraliza Asp-351, astfel încât situsul influențează alosteric AF-1 la capătul proximal al ER. Această problemă este remediată cu medicamentul de a doua generație raloxifen.
Toremifenul (citrat de toremifen; vezi figura 8), desemnat chimic ca citrat de 2-(p-fenoxi)-N,N-dimetiletilamină, este un derivat clorurat al antiestrogenului nonsteroidian trifeniletilenic tamoxifen cu un substituent cloro la nivelul lanțului lateral etilenic care produce afinități de legare similare cu cele ale tamoxifenului. Relația structură-activitate a toremifenului este similară cu cea a tamoxifenului, dar prezintă o îmbunătățire substanțială față de medicamentul mai vechi în ceea ce privește alchilarea ADN-ului. Prezența atomului de clor adăugat reduce stabilitatea cationilor formați din metaboliții alilici activați și, prin urmare, scade potențialul de alchilare și, într-adevăr, toremifena nu prezintă formarea de adaosuri la ADN în hepatocitele rozătoarelor. Toremifena protejează împotriva pierderii osoase în modelele de șobolani ovariectomizați și afectează markerii de resorbție osoasă din punct de vedere clinic într-un mod similar cu tamoxifenul. Toremifena este metabolizată în faza I de către enzimele microsomale ale citocromului P450, ca și tamoxifenul, dar în principal de către izoforma CYP3A4. Toremifena formează cei doi metaboliți majori ai săi, N-desmetiltoremifena și deaminohidroxi-toremifena (ospemifena), prin N-demetilare și dezaminare-hidroxilare. N-desmetiltoremifena are o eficacitate similară cu cea a toremifenei, în timp ce 4-hidroxitoremifena are o afinitate de legare la RE mai mare decât toremifena. 4-hidroxitoremifena are un rol similar cu cel al 4-hidroxitamoxifenului.
Benzotiofeni de a doua generațieEdit
Raloxifenul (-fenil]-metanonă; a se vedea figura 9) face parte din a doua generație de medicamente SERM benzotiofenice. Are o afinitate ridicată pentru ER, cu o activitate antiestrogenică puternică și efecte tisulare specifice distincte de cele ale estradiolului. Raloxifenul este un agonist al ER în os și în sistemul cardiovascular, dar în țesutul mamar și în endometru acționează ca antagonist al ER. Este metabolizat extensiv prin conjugare glucuronică în intestin și din această cauză are o biodisponibilitate scăzută, de numai 2%, în timp ce cea a tamoxifenului și toremifenului este de aproximativ 100%.
Avantajul raloxifenului față de tamoxifenul trifeniletilenic este efectul redus asupra uterului. Grupa flexibilă de balama, precum și catena laterală antiestrogenică fenil-4-piperidinoetoxi, sunt importante pentru minimizarea efectelor uterine. Datorită flexibilității sale, lanțul lateral poate obține o dispoziție ortogonală în raport cu nucleul, astfel încât amina lanțului lateral al raloxifenului este cu 1 Å mai aproape decât tamoxifenul de aminoacidul Asp-351 din domeniul de legare a ligandului ERα.
Rolul critic al relației intime dintre lanțul lateral hidrofob al raloxifenului și reziduul hidrofob al receptorului pentru a schimba atât forma cât și sarcina suprafeței externe a unui complex SERM-ER a fost confirmat cu derivați de raloxifen. Atunci când distanța interactivă dintre raloxifen și Asp-351 este mărită de la 2,7 Å la 3,5-5 Å, aceasta determină creșterea acțiunii de tip estrogen a complexului raloxifen-ERα. Atunci când inelul piperidină al raloxifenului este înlocuit cu ciclohexan, ligandul își pierde proprietățile antiestrogenice și devine un agonist complet. Interacțiunea dintre lanțul lateral antiestrogenic al SERM și aminoacidul Asp-351 este primul pas important în reducerea la tăcere a AF-2. Aceasta relochează helixul 12 departe de buzunarul de legare a ligandului, împiedicând astfel legarea coactivatorilor la complexul SERM-ER.
A treia generațieEdit
Compușii de a treia generație nu prezintă fie nicio stimulare uterină, fie o potență îmbunătățită, fie nu prezintă creșteri semnificative ale bufeurilor, fie chiar o combinație a acestor atribute pozitive.
Modificări ale primului SERM dihidronaftalenic, nafoxidina (a se vedea figura 10), care a fost un candidat clinic pentru tratamentul cancerului de sân, dar care a avut efecte secundare, inclusiv fototoxicitate severă, au dus la lasofoxifen ((5R,6S)-6-fenil-5–5,6,7,7,8-tetrahidro-naftalen-2-ol; a se vedea figura 11). Nafoxidina are toți cei trei fenili constrânși într-un aranjament coplanar, ca și tamoxifenul. Dar odată cu hidrogenarea, dubla legătură a nafoxidinei a fost redusă, iar ambii fenili sunt orientați cis. Lanțul lateral purtător de amină poate adopta apoi o conformație axială și poate localiza acest grup ortogonal față de planul nucleului, ca ralofoxifenul și alte SERM-uri mai puțin uterotrope.
Lasofoxifena se numără printre cele mai puternice SERM-uri raportate în ceea ce privește protecția împotriva pierderii osoase și reducerea colesterolului. Puterea orală excelentă a lasofoxifenei a fost atribuită glucuronizării intestinale reduse a fenolului. Spre deosebire de raloxifen, lasofoxifenul satisface cerința unui model farmacoforic care prezice rezistența la glucuronidarea peretelui intestinal. Cerința structurală este o topologie non-planară, cu volumul steric aproape de planul unui sistem aromatic biciclic fuzionat. Interacțiunile dintre ER și lasofoxifen sunt în concordanță cu caracteristicile generale ale recunoașterii SERM-ER. Lanțul lateral mare și flexibil al lasofoxifenei se termină cu o grupare de cap de pirrolidină și se îndreaptă spre suprafața proteinei, unde interferează direct cu poziționarea helixului AF-2. Între lasofoxifen și Asp-351 se formează o punte de sare. Neutralizarea sarcinii în această regiune ER poate explica unele efecte antiestrogenice exercitate de lasofoxifene.
Sistemul indol a servit ca unitate de bază în SERM-uri, iar atunci când o amină este atașată la indol cu un benziloxietil, s-a demonstrat că compușii rezultați nu au activitate uterină preclinică, în timp ce au menajat osul șobolanului cu eficacitate deplină la doze mici. Bazedoxifenul (1H-indo-5-ol,1-metil]2-(-4-hidroxifenilil)-3-metil; a se vedea figura 10] acid acetic) este unul dintre acești compuși. Domeniul de legare de bază este format dintr-un 2-fenil-3-metil indol și un inel de hexametilenamină la nivelul regiunii de afectare a lanțului lateral. Este metabolizat prin glucuronidare, cu o biodisponibilitate absolută de 6,2%, de 3 ori mai mare decât cea a raloxifenului. Are efecte agoniste asupra metabolismului osos și lipidic, dar nu și asupra endometrului mamar și uterin. Este bine tolerat și nu prezintă o creștere a incidenței bufeurilor, a hipertrofiei uterine sau a sensibilității mamare.
Ospemifenul (Z-2-(4-(4-(4-cloro-1,2-difenil-but-1-enil)fenoxi)etanol; vezi figura 13) este un trifeniletilen și un metabolit cunoscut al toremifenului. Este foarte asemănător din punct de vedere structural cu tamoxifenul și toremifena. Ospemifenul nu are gruparea 2-(dimetilamino)etoxi ca tamoxifenul. Studiile privind relația structură-activitate au arătat că, prin eliminarea acestei grupe din tamoxifen, activitatea agonistă în uter a fost redusă semnificativ, dar nu și în sistemul osos și cardiovascular. Datele preclinice și clinice arată că ospemifenul este bine tolerat, fără efecte secundare majore. Beneficiile pe care ospemifenul le poate avea față de alte SERM-uri este efectul neutru asupra bufeurilor și efectul ER-agonist asupra vaginului, îmbunătățind simptomele de uscăciune vaginală.
Moduri de legareEdit
Se știe că SERM-urile prezintă patru moduri distincte de legare la ER. Una dintre aceste caracteristici sunt legăturile puternice de hidrogen între ligand și Arg-394 și Glu-353 ale ERα care căptușesc „buzunarul inelului A” și ajută ligandul să rămână în buzunarul de legare al ER. Acest lucru este diferit de 17β-estradiol, care este legat de hidrogen la His-524 în „buzunarul inelului D”. Alte legături distinctive cu buzunarul de legare a ligandului sunt cu o structură „nucleu” aproape plană, compusă de obicei dintr-un heterociclu biarilic, echivalent cu inelul A și inelul B al 17β-estradiolului (a se vedea figura 14), la locul de legare corespunzător; un lanț lateral voluminos din structura biarilică, analog cu inelul B al 17β-estradiolului și, în cele din urmă, o a doua grupare laterală care este echivalentul inelelor C și D și care, de obicei, este aromatică, umple volumul rămas din buzunarul de legare a ligandului.
Diferențele mici dintre cele două subtipuri de ER au fost folosite pentru a dezvolta modulatori ER subtip-selectivi, dar similitudinea mare dintre cei doi receptori face ca dezvoltarea să fie foarte dificilă. Aminoacizii din domeniile de legare a ligandului diferă în două poziții, Leu-384 și Met-421 în ERα și Met-336 și Ile-373 în ERβ, dar au hidrofobicitate și volume de ocupare similare. Cu toate acestea, formele și bariera de rotație a reziduurilor de aminoacizi nu sunt aceleași, ceea ce duce la distingerea fețelor α și β ale cavității de legare între ERα și ERβ. Acest lucru determină legarea preferențială de ERα a substituenților de ligand care sunt aliniați în jos cu fața la Met-336, în timp ce substituenții de ligand aliniați în sus cu fața la Met-336 au o probabilitate mai mare de a se lega de ERβ. O altă diferență este reprezentată de Val-392 în ERα, care este înlocuit de Met-344 în ERβ. Volumul buzunarului de legare al lui ERβ este ușor mai mic, iar forma este puțin diferită de cea a lui ERα. Mulți liganzi selectivi pentru ERβ au o dispunere în mare parte plană, deoarece cavitatea de legare a ERβ este puțin mai îngustă decât cea a ERα, însă acest lucru duce în sine la o selectivitate modestă. Pentru a atinge o selectivitate puternică, ligandul trebuie să plaseze substituenți foarte aproape de una sau mai multe dintre diferențele de aminoacizi dintre ERα și ERβ pentru a crea o forță de respingere puternică față de celălalt subtip de receptor. În plus, structura ligandului trebuie să fie rigidă. În caz contrar, interacțiunile de respingere pot duce la modificarea conformațională a ligandului și, prin urmare, la crearea unor moduri de legare alternative.
Trifeniletilene de primă generațieEdit
Tamoxifenul este transformat de către citocromul P450 din ficat în 4-hidroxistamoxifen și este un antagonist mai selectiv al subtipului ERα decât al ERβ. 4-hidroxittamoxifenul se leagă de ERs în același buzunar de legare care recunoaște 17β-estradiolul. Recunoașterea receptorilor de către 4-hidroximoxifen pare să fie controlată de două caracteristici structurale ale 4-hidroximoxifenului, inelul fenolic A și lanțul lateral voluminos. Inelul fenolic A formează legături de hidrogen cu grupările laterale Arg-394, Glu-354 ale ER și cu apa conservată structural. Lanțul lateral voluminos, care iese din cavitatea de legare, deplasează helixul 12 din buzunarul de legare a ligandului pentru a acoperi o parte din buzunarul de legare a coactivatorului. Formarea complexului ER-4-hidroxitamoxifen recrutează proteine corepresoare. Aceasta duce la scăderea sintezei ADN și la inhibarea activității estrogenilor. Clomifenul și torimefena produc afinități de legare similare cu cea a tamoxifenului. Astfel, aceste două medicamente sunt antagoniști mai selectivi ai subtipului ERα decât ai subtipului ERβ.
Benzotiofeni de a doua generațieEdit
Raloxifenul, ca și 4-hidroxiamoxifenul, se leagă de ERα cu grupa hidroxil a „inelului A” său fenolic (vezi figura 15) prin legături de hidrogen cu Arg-394 și Glu-353. În plus față de aceste legături, raloxifenul formează o a doua legătură de hidrogen cu ER prin intermediul grupului lateral His-524, datorită prezenței unei a doua grupări hidroxil în „inelul D” (a se vedea figura 15). Această legătură de hidrogen este, de asemenea, diferită de cea dintre 17β-estradiol și His-524, deoarece inelul imidazol al His-524 este rotit pentru a contracara diferența de poziție a oxigenului în raloxifen și în 17β-estradiol. La fel ca în cazul 4-hidroxittamoxifenului, lanțul lateral voluminos al raloxifenului deplasează helixul 12.
A treia generațieEdit
Interacțiunea lasofoxifenului cu ERα este tipică celor dintre SERM-ERα, cum ar fi o topologie aproape plană (carbociclul tetrahidronaftalen), legătura de hidrogen cu Arg-394 și Glu-353 și lanțurile laterale fenilice ale lasofoxifenului care umplu volumul inelului C și al inelului D al buzunarului de legare a ligandului. Lasofoxifenul deviază helixul 12 și împiedică legarea proteinelor coactivatoare cu motive LXXLL. Acest lucru se realizează prin ocuparea de către lasofoxifen a spațiului ocupat în mod normal de grupul lateral Leu-540 și prin modularea conformației reziduurilor din helixul 11 (His-524, Leu-525). Mai mult, lasofoxifenul interferează, de asemenea, în mod direct cu poziționarea helixului 12 prin intermediul grupului etil pirolidină al medicamentului. Studiile in vitro indică faptul că bazedoxifenul blochează competitiv 17β-estradiolul prin legarea ridicată și similară atât la ERα, cât și la ERβ. Domeniul principal de legare al bazedoxifenului constă din 2-fenil-3-metilindole și un inel de hexametilenamină în regiunea afectată de lanțul lateral.
Ospemifenul este un metabolit deaminat oxidativ al toremifenului, deoarece are o legare la ER similară cu toremifenul și tamoxifenul. Legătura competitivă la ERα și ERβ a celor trei metaboliți 4-hidroxi-ospemifen, 4′-hidroxi-ospemifen și acidul 4-hidroxi-carboxilic cu lanț lateral Ospemifen este cel puțin la fel de mare ca și compusul de origine.
.