  Disegno assistito dal computer STRATEGIE PER LA RICERCA DEI NUOVI LEADS Computer-assisted design utilizza la chimica computazionale per al scoperta il miglioramento e/o lo studio di molecole biologicamente attive

Obbiettivo  Predire se una data molecola può legare un target e quanto fortemente  Predire la conformazione attive di molecole e modellare i cambi conformazionali che possono avvenire nel target biologico una volta effettuato il binding con esse Il computer-assisted design può essere utilizzato durante la progettazione del farmaco in ogni una delle tappe seguente Identificazione del Hit Identificazione del Hit utilizzando virtual screening (disegno basato sulla struttura o il ligando) Hit-to-lead Hit-to-lead ottimizzazione della affinità e della selettività (disegno basato sulla struttura, QSAR….) Lead optimization ottimizzazione d’altre proprietà farmaceutiche mantenendo l’affinità e la selettività  APPROCCIO RAZIONALE Disegno assistito dal computer

…..la conformazione di piccole molecole e.. arrangiamenti spaziale I differenti arrangiamenti spaziale che una molecola può adottare dovuto alla rotazione de un legame s conformazioni sono chiamati conformazioni e gli isomeri conformazionali conformeri cambi energetici analisi conformazionale Lo studio dei cambi energetici che occorrono durante queste rotazioni è chiamato analisi conformazionale Local Energy minimum Global Energy minimum

Diversità conformazionale

Diversità conformazionale in proteine ABL chinase ….. e non tanto piccole.. ABL inattive SRC-like ABL inattive ABL attive

…. e modellare i cambi conformazionali che possono avvenire nel target biologico una volta effettuato il binding con esse ……..

Determinazione della struttura e del sito di binding Relazione di sequenza e di struttura con proteine note Quando non esistono dati strutturale della proteina target o del complesso proteina-ligando, l’analisi di omologia di struttura può determinare la similarità del sito attivo della proteina con i siti attivi di altre proteine già caratterizzate Proteina target

Structure Based Drug Design Metodi computazionale QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationship) Stabilisce una relazione tra la struttura molecolare e l’attività biologica di una serie di composti attivi. Predice la attività e la affinità di composti non noti dall’analisi delle loro similitudini e differenze strutturali, fornendo informazioni sui requisiti strutturali del recettore De Novo Design I nuovi composti vengono generati nel sito di legame a partire da atomi o frammenti preposizionati nel sito e che successivamente vengono trasformati in molecole d’intere da softwares specifici Screening Virtuale Librerie di molecole (esistenti o ipotetiche) vengono analizzate cercando ligandi con caratteristiche in accordo con i requisiti del sito farmacoforico o il sito di legame Docking Ligand Based Drug Design

ChemBank PDB NCI-60 Gene Expression PDB

Visualizzazione del risultato d’un “virtual screening”

Eliminazione di strutture Similitudine topologica Modelli farmacoforici in 3D Analisi binding target-legando Tappe individuali nella cascata del virtual screening

Predice la struttura 3D di complessi proteina-ligando Trova il binding mode tramite il campionament o dello spazio conformazional e nel sito di legame e attraverso la valutazione di funzioni che stimano l’energia di ogni combinazione conformazional e ligando- recettore Complementarità fra superficie Energia libera di solvatazione Interazioni elettrostatiche e idrofobiche

Ligand-protein docking:

Virtual screening disegno “di novo” Molecole attiveMolecole inattive Lista di frammenti Analisi statistico della frequenza di frammenti in entrambi set e calcolo della contribuzione all’attività di ogni frammenti Frammenti lineari Sostituenti (gruppi R) Atomi con il loro intorno Anelli Scaffolds

Disegno basato in frammenti che legano il sito attivo in posizioni differenti c) Possono essere utilizzati per funzionalizzare un scafold appropriato d) Un frammento singolo può essere razionalmente modificato per occupare siti di legame vicini Disegno di Novo