Upload
gustavo-silveira
View
313
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Palestra Científica
Prof. Gustavo Pozza Silveira [email protected]
Antibióticos – Uma luta sem fim
2
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Produtos naturais (PNs) são entidades
químicas produzidas por organismos vivos.
Metabólitos secundários, ou seja,
metabólitos que não são diretamente
essencias para a sobrevivência do
hospedeiro, são de especial interesse para
o desenvolvimento de drogas
São tipicamente produzidos por organismos
vivos como bactérias, plantas ou
invertebrados marinhos sendo geralmente
utilizados como “defensores químicos”
para defender organismos de predadores,
ou, utilizados como arsenal de ataque.
PNs como candidatos a Drogas
3
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
2000 a 2006: 26 PNs derivados de plantas estavam em algum estágio de
desenvolvimento de drogas.
2005: drogas derivadas de PNs registraram U$ 18 bilhões em vendas.
PNs apresentam grande impacto na descoberta e desenvolvimento de drogas
anti-bacterianas (antibióticos) e drogas para o tratamento de cancer.
A diversidade de PNs está expandindo continuamente sendo recentemente
incluida moléculas originadas em águas profundas e oceanos congelados.
PNs como Drogas
4
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Morfina
Extrato de Plantas
Protótipos a Partir da Natureza
Efeito analgésico
Grande dependência química
Flor da papola
Algafan (propoxifeno)
5
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
• COCA - Cocaina
• CINCHONA - Quinina
• Teixo - Taxol
Protótipos a Partir da Natureza
Extrato de Plantas
6
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
SALGUEIRO - ácido salicílico
COCA - COCAINE
Aspirina
Procaina
OH
O OHAceticanhydride O
O OH
CH3
O
N
Me
O
H
H
CO2Me
C
O
O
C
O
N
NH2
CH3
CH3
Protótipos a Partir da Natureza
Extrato de Plantas – Semi síntese e síntese
7
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
PLANTAS E MEDICINA MILENAR
Protótipos a Partir da Natureza
8
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
O
O
O
CH3
H
H3CO
O
CH3
H
H
H
ARTEMISININA
PLANTS AND ANCIENT RECORDS
Protótipos a Partir da Natureza
Medicina Chinesa
(Malária)
9
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Florestas – fonte inimaginável de PNs interessantes
Protótipos a Partir da Natureza
Será que nós brasileiros conseguiremos explorá-la?
10
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
QUÍMICA MEDICINAL MARINHA DE CORAIS
CURACINA
OMe
CH3
NS
H H
CH3
Protótipos a Partir da Natureza
Interage com tubolinas
Baixa solubilidade oral
11
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
MICRO-ORGANISMS
Protótipos a Partir da Natureza
12
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
MICRO-ORGANISMS
• PENICILINA
• CEFALOSPORINAS
• TETRACICLINAS
• ESTREPTOMICINA
• CLORANFENICOL
N
S CH3
CH3O
HH
CO2H
HN
R
O
N
S
OAc
CO2H
O
HN H HC
O
R
OOHOOH
Cl
OH
NMe2
O
HO
NH2
Me H
OH
O2N
CH2OH
HO
HN
H
H
CO CHCl2
H2N C
HN
NH
O
HN C
NH
NH2
O
OO
H
OHH HO
HH
OHH
H
CHO
OH
H
Me
CH2OH
H
HO
H
OH
H
H
MeHN
H
H
Protótipos a Partir da Natureza
13
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
VENONOS E TOXINAS
Captopril
(anti-hipertensivo)
H2N CH C
CH2
O
CH2
C
OH
O
NH
CH C
CH2
O
HN
N
C
O
NH
CH C
CH2
O
CH2
CH2
NH
C
NH2
NH
N
C
O
NH
CH C
CH2
O
CH2
C
NH2
O
HN CH C
CH
O
CH3
CH2
CH3
N
C
O
N
C OH
O
CH3
C
O
N
C OH
O
HS
Teprotide
(inibidor ACE)
Protótipos a Partir da Natureza
Jararaca
14
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Protótipos a Partir da Natureza
VENONOS E TOXINAS
15
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
NCH3
MeO
HO
OH
CH3
NH3C
OMe
O
H3C
HO
H
Tubocurarine
(curare)
Protótipos a Partir da Natureza
VENONOS E TOXINAS
16
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
NCH3
MeO
HO
OH
CH3
NH3C
OMe
O
H3C
HO
H
NO
C
O
(CH2)5 OC
OMeO
MeO
OMe
OMe
N
OMe
OMe
OMe
MeO
CH3H
Atracurium
(Neuromuscular blocker)
Tubocurarine
(from curare)
VENOMS AND TOXINS
Protótipos a Partir da Natureza
17
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
ENDOGENOUS COMPOUNDS
NATURAL LIGANDS FOR RECEPTORS
HO
HO
ADRENALINE
HN
Me
OH
HO
HO
OH
SALBUTAMOL
HN
Agonist
NH2
NH
HO
5-HYDROXYTRYPTAMINE
NMe2
NH
SUMATRIPTAN
SMeHN
O O
Agonist
Protótipos a Partir da Natureza
18
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
ENDOGENOUS COMPOUNDS
NATURAL LIGANDS FOR RECEPTORS
O NH
OH
PROPRANOLOL
Antagonist HO
HO
ADRENALINE
HN
Me
OH
HN
N
Me
S
HN NHMe
CN
CIMETIDINE
HN
N
NH2
HISTAMINEAntagonist
Protótipos a Partir da Natureza
19
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Apresentam atividade frente a múltiplos alvos proteicos…Portanto, são
consideradas “Estruturas previlegiadas” que evoluiram na natureza
produzindo essas propriedades. Assim, são scaffolds pré-validados (evolução
natural) que podem ser utilizados como ponto de partida para o planejamento
de bibliotecas de compostos.
PNs como Drogas
20
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Privileged Scaffolds (exemplos – Produtos naturais)
21
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Privileged Scaffolds (exemplos – Produtos naturais)
22
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Privileged Scaffolds (exemplos – Produtos naturais)
23
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Privileged Scaffolds (exemplos – Produtos sintéticos)
24
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Privileged Scaffolds (exemplos – Produtos sintéticos)
25
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
- NPs often are too complex to
pursue and synthesize.
- Sructures are large for
medicinal chemistry research.
- Often are not available in
sufficient amounts from
natural sources for further
development.
Problemas PNs (Química Medicinal)
To overcome these limitations and provide naturalproduct-like and natural-
product-inspired biologically relevant compound collections, diversity oriented
synthesis (DOS) and biology oriented synthesis (BIOS) have been introduced
26
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Espaço Químico
Drug-likeness
Espaço Químico (azul claro) e
espaços discretos ocupados por
compostos com afinidade específica
com biomoléculas: major gene
families (brown); specific gene
families: proteases (purple), lipophilic
GPCRs (blue) and kinases (red)).
Verde: espaço ocupado por moléculas
contendo propriedades ADME
previlegiadas.
Richard Lipinsky
27
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Espaço Químico PNs vs
Compostos Bioativos
Preto: Espaço Químico de
compostos bioativos em
Química Medicinal (WOMBAT)
Verde: Espaço Químico de PN
28
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Como Achar a Agulha no
Palheiro?
29
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Árvore de Scaffolds - PNs Classificação hierárquica baseada em Scaffolds de PNs (SCONP).
30
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Coleções Derivadas de PNs
Scaffold idêntico ao scaffold do
produto natural.
Scaffold é basicamente obtido pela
desmonte do produto (natural
síntese também possível).
O padrão de substituição é
determinado pela reatividade do
scaffold presente na estrutura do
PN.
Sem variação na estereoquímica.
31
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Morfina Classificação baseada em SCONP revela furos na deconvolução de PNs.
Nenhum PN tetracíclico derivado da morfina é conhecido e apenas 1
derivado tricíclico foi encontrado na natureza.
32
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Derivados Sintéticos - Morfina
Derivados tetracíclicos da morfina transformaram-se em drogas comerciais!
33
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Agrupamento de estruturas
proteicas por similaridade (PSSC)
34
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
PSSC (Exemplo)
Sítios catalíticos superpostos para Cdc25A (fosfatase- vermelho), 11bHSD1
(metabismo glicólise - verde) e AChE (azul). Principais residos catalíticos
mostrando na representação de espaço preenchido Cys-430 (Cdc25A), Tyr-
183 (11bHSD1) e Ser-200 (AChE).
3 enzimas possuem < 10% de similaridade e não possuem
relação mecanistica.
35
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
36
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
37
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Foco em construção de bibliotecas contendo de 2 a 4 aneis parece ser
interessante.
PNs com massa molecular < 1000 g/mol e respectivo número de aneis em
suas estruturas
38
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Coleções Inspiradas em PNs
Scaffold relaciona-se a estrutura básica do
PN.
Scaffold geralmente contruido por síntese
de novo.
Substituintes são introduzidos durante as
etapas sintéticas.
Padrão de substituição pode se diferenciar
do padrão presente no PN.
Estereoquímica pode variar.
39
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Regras para obtenção de
scaffolds
• 1. Remover Heterociclos de 3 mesmbros.
• 2. Não remover aneis acima de 12 átmomos se ainda existirem aneis
menores para serem removidos.
• 3. Escolher o scaffold pai que possua o menor número de ligantes
acíclicos.
• 4. Preferencialmente mater aneis em ponte, spiro e padrões não lineares
de aneis.
• 5. Aneis em ponte são mantidos preferencialmente em relação a espiro.
• 6. Remover anéis de 3, 5 e 6 membros.
• 7. Um sistema aromárico não pode ser quebrado de uma forma que resulte
em um sistema não aromático.
• 8. Remover primeiro aneis com o menor número de heteroátomos.
40
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
• 9. Se o número de heteroátomos é igual, a prioridade é manter aneis com
heteroátomos na seguinte ordem: N > O > S.
• 10. Menor anel é removido.
• 11. Em sistemas mistos Aromático/não aromático, manter aneis não
aromáticos como prioridade.
• 12. Remover primeiro o anel que esteja ligado a um “linker” que por sua vez
esteja ligado a um anel heteroaromático em ambos os lados do “linker”.
Tiebreaking Rule.
Regras para obtenção de
scaffolds
41
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Obtendo o Scaffold
42
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Síntese Biologicamente Orientada (BIOS)
Perceba que todos os produtos são derivados de um mesmo scaffold
através da deconvolução
43
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
BIOS utiliza a estratégia
de síntese baseada em
fragmentos
Síntese Biologicamente Orientada (BIOS)
44
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Exemplo BIOS
Inibidor
11bHSD1
Biblioteca 483 decalinas baseadas em
VI (scaffold alternativo de GA) gerou
71.
45
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Exemplo BIOS
A yohimbine e ajmalicine (alcaloides complexos) identificados como inbidores de
fosfatase Cdc25A. Simplifacação estrutural dayohimbine (1) utilizando-se BIOS
Levou a identificação de scaffolds com 4, 3, 2(indol) aneis.
46
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Lead Oriented Synthesis (LOS)
Fail B: grupos indesejados
presentes na molécula.
The overall number of newly approved ‘‘new chemical entities’’ has decreased
in the past 10 years and does not reflect the increase in compound collection
size, research effort or financial investments.
47
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
>50% dos PNs possuem scaffolds contem de 2 a 4 aneis.
Tamanho certo para serem utilizados como scaffolds na diversificação
48
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Como procurar por produtos naturais que
sejam interessantes de serem utilizados
como Scaffold?
Bases de dados da Industria!!!!
49
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
50
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
51
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
52
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Conclusão
Inspirar-se em Produtos Natuais é uma Grande
oportunidade para Químicos Sintéticos!!!
53
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
g-Lactonização de Marino
Marino, J. P.; Neisser, M. J. Am. Chem. SOC. 1981, 103, 7687.
Dois novos centros quirais são produzidos a partir da transferência de
quiralidade do sulfóxido.
54
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Síntese Enantiosseletiva da (−)-
Fisostigmina - Marino
Marino et al JACS 1992, 5566
55
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
g-Lactamização Enantiosseletiva
Silveira, G. P.; Marino, J. P. JOC 2013, 3379
56
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Primeiras lactamas obtidas com
alta re por g-lactamização
Silveira, G. P.; Marino, J. P. JOC 2013, 3379
57
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Primeiras lactamas obtidas com
alta re por g-lactamização
Silveira, G. P.; Marino, J. P. JOC 2013, 3379
58
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Primeiras lactamas obtidas com alta
re
Silveira, G. P.; Marino, J. P. JOC 2013, 3379
59
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Primeiras lactamas obtidas com
alta re
Silveira, G. P.; Marino, J. P. JOC 2013, 3379
60
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Ceftobiprole
Ceftobiprole (Zeftera/Zevtera) antibiótico cefalosporínico de 5ª geração com
atividade frente a methicillin-resistant Staphylococcus aureus, penicillin-
resistant Streptococcus pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa e enterococci.
61
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Drug MIC (mg/mL)
S. aureus E. faecalis E. coli K. pneumoniae
4a(E) 0.39 1.69 0.195 0.18
4d(E) 0.39 0.57 0.143 0.105
4a(Z) 0.29 7.3 0.097 0.041
4b(Z) 0.27 3.6 0.167 0.09
4c(Z) 0.33 6.8 0.23 0.132
Yamamoto, H. et al. Bioorg. Med. Chem. 2000, 8, 43.
Baixa
solubilidade
oral em
camundongos.
62
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
63
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Projeto PVE – CAPES/CNPq (Prof. Shahriar Mobashery)
Estudo de mecanismos de resistência a antibióticos aminoglicosídicos e b-
lactâmicos – processos biossintéticos e de degradação da parede celular de
bactérias.
IH = 46. > 300 artigos científicos
64
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Screening rápido de pequenas
moléculas frente a patógenos
microbianos.
65
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Placas são incubadas por 18 h a 36 C
Placas são lidas para
determinação de CIM
Bibliotecas de ~100 novos
compostos podem ter suas CIMs
facilmente determinadas em 24h.
66
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Doação Prof. Marino
~ R$ 200.000
Material Permanente
67
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
CNANO + central analítica = 5 RMNs
(2) 300MHz; (2) 400MHz; (1) 500 MHz
Instituto de Química - UFRGS
PPG em Química Nivel 7
68
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Bolsa de doutorado sanduíche
disponível – Projeto PVE
(Passagens + auxílio instalação
inclusos para 12 meses)
University of Notre Dame
Bolsa de Pós Doutorado
disponível para 3 anos
(R$ 4100)
69
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013
Bolsa de doutorado sanduíche
disponível – Projeto PVE
(Passagens + auxílio instalação
inclusos para 12 meses)
University of Notre Dame
70
www.iq.ufrgs.br/biolab
Prof. Gustavo Pozza Silveira SBQsul - 2013