Integrerad robotarbetsstation som används vid EPFL:s Biomolecular Screening Facility för att utföra kombinatorisk syntes av makrocykler och efterföljande målbaserade screeninganalyser med hög genomströmning. Kredit:Antoine Gibelin (EPFL)
Forskare vid EPFL har utvecklat en ny metod för att syntetisera och screena tusentals makrocykliska föreningar, en familj av kemikalier som är av stort intresse inom läkemedelsindustrin. Studien publiceras i Vetenskapens framsteg .
Makrocykliska föreningar är ringformade molekyler gjorda genom att förbinda två ändar av linjära molekyler. En av deras unika och spännande egenskaper är att deras cykliska konfiguration minskar deras flexibilitet, vilket innebär att makrocykler behöver mindre energi för att binda mål än konventionella små molekyler.
Faktiskt, makrocykler visar en stor förmåga att binda svåra mål som har platta, funktionslösa ytor. Detta har väckt ett enormt intresse för läkemedelsindustrin, som är särskilt intresserad av makrocykliska föreningar med en molekylvikt under 1 KDa, som skulle vara tillräckligt liten för att passera cellmembranet och nå intracellulära sjukdomsmål, t.ex. proteiner eller till och med gener i cellen.
Fortfarande, det finns ett hinder:det finns inte tillräckligt med lämpliga makrocykelbibliotek eller metoder för att generera sådana små makrocykler. De föreningsbibliotek som läkemedelsföretag använder idag i högkapacitetsskärmar innehåller 1-2 miljoner olika molekyler, men de är mestadels klassiska små molekyler och bara en handfull är verkliga makrocykliska – som mest, bara några hundra. Detta är ett för litet tal för att skärmarna ska ge bra träffar när man söker efter möjliga läkemedelskandidater mot utmanande sjukdomsmål.
Nu, forskare vid EPFL har hittat ett sätt att skapa bibliotek med mer än 9, 000 makrocykliska molekyler under 1 KDa, alla med hög strukturell mångfald. "Initialt, vad vi ville göra är att generera oralt tillgängliga eller cellgenomsläppliga makrocykliska läkemedel, säger professor Christian Heinis, vars labb ledde studien.
Kemiska strukturer av makrocykliska ryggrader som illustrerar den stora strukturella mångfalden av de nyligen genererade makrocykliska föreningsbiblioteken. Kredit:Dr. Sangram Kale (Heinis lab, EPFL)
Biblioteken genererades genom att "cyklisera" korta linjära peptider i kombination med olika länkreagens, som främjar kemisk bindning. Utbytena av makrocykliseringsreaktionerna visade sig vara så effektiva att det inte fanns något behov av rening. Och i ett viktigt genombrott, den nya metoden ledde också till upptäckten av överraskande effektiva makrocykliseringsreaktioner baserade på ligering av tiol och aminogrupper i korta peptider.
Arbetet stöddes av EPFL:s Biomolecular Screening Facility (BSF), ledd av Gerardo Turcatti. "EPFL har redan utvecklat vätskehanteringsprocesserna för att utföra den kombinatoriska syntesen och för att screena biblioteken av makrocykliska föreningar, " säger han. Screening identifierade bindemedel för olika sjukdomsmål, inklusive hämmare av trombin, ett viktigt mål för koagulationsrubbningar. Röntgenstrukturanalys av en trombinhämmare av partners i Italien visade att makrocykeln passade perfekt till sitt mål.
Heinis labb vidareutvecklar nu metoden för makrocykelsyntes för att screena ännu större kombinatoriska bibliotek. I nära samarbete med BSF med stöd av NCCR Chemical Biology, nästa steg är att generera makrocykliska hämmare av intracellulära protein-proteininteraktioner, som vi för närvarande inte har några bra inhibitorer för.
