Pokaż caÅy numer - FPN - Farmaceutyczny PrzeglÄ d Naukowy
Pokaż caÅy numer - FPN - Farmaceutyczny PrzeglÄ d Naukowy Pokaż caÅy numer - FPN - Farmaceutyczny PrzeglÄ d Naukowy
Farm Przegl Nauk, 2009,8, 8-16 Badanie zależności pomiędzy strukturą i działaniem pochodnych benzodiazepiny. Część III. Pochodne benzodiazepiny działające na receptor benzodiazepinowy (BDZ-R)* Structure-Activity Relationship of Benzodiazepine Derivatives. Part III. Benzodiazepine Derivatives with Benzodiazepine-Receptor Affinities. Elżbieta Brzezińska, Piotr Włodno Zakład Chemii Analitycznej, Katedra Chemii Medycznej, Wydział Farmaceutyczny Uniwersytetu Medycznego w Łodzi Streszczenie Przeprowadzono analizę ilościowej zależności pomiędzy strukturą i działaniem (QSAR) 69 pochodnych 5-fenylo- 1,4-benzodiazepin-2-on działających na receptor benzodiazepinowy (BDZ-R). W analizie zastosowano parametry fizykochemiczne badanych związków obliczone z zastosowaniem metody pół-empirycznej PM3. Zastosowano analizę regresji wielokrotnej (MR), analizę skupień (CA) i analizę funkcji dyskryminacyjnej (DFA) w celu wyłonienia grupy zmiennych klasyfikujących pochodne benzodiazepiny zgodnie z poziomem ich aktywności biologicznej. Dzięki zastosowaniu analizy MR ustalono istotną rolę parametrów: V (objętość cząsteczki), HA (liczba wiązań wodorowych), Md (moment dipolowy), halo, Cl, I (liczba podstawników halogenowych) i %PSA (powierzchnia polarna cząsteczki) dla aktywności biologicznej badanych związków. Istotne równanie regresji wieloczynnikowej uzyskane w MR zawiera parametry użyte w metodach CA i DFA. Analizy DFA i CA wykazały, że parametry: V, HA i %PSA są odpowiedzialne za klasyfikację związków jako silnie i słabo działające. Zdolność przekraczania bariery krew-mózg odgrywa ważną rolę w tej klasyfikacji. Słowa kluczowe: ilościowa zależność pomiędzy struktura i aktywnością; analiza regresji; analiza funkcji dyskryminacyjnej; analiza skupień; pochodne benzodiazepiny Wstęp Podstawowe działanie benzodiazepin jest związane z centralnym układem nerwowym, a najliczniejszą grupę stanowią pochodne 1,4-benzodiazepiny. Stanowią one najważniejszą grupę leków uspokajających. Podstawowy mechanizm działania tych leków związany jest z istnieniem specyficznych miejsc wiązania w obrębie receptorów GA- BA A -ergicznych. Określenie tych miejsc jako receptorów benzodiazepinowych (BDZ-R) ma raczej charakter umowny Abstract A quantitative structure-activity relationship (QSAR) analysis of 69 5-fenyl-1,4-benzodiazepin-2-one derivatives with benzodiazepine-receptor affinities was carried out. The semi-empirical method PM3 was employed to calculate a set of physicochemical parameters for investigated compounds. The Multiple Regression analysis (MR), Cluster Analysis (CA), and Discriminant Function Analysis (DFA) were employed to reduce dimensionality and investigate which subset of variables is effective for classifying the benzodiazepine derivatives according to their biological activity degree. By using the MR we have found the important role of the parameters: V (molecular volume), HA (number of hydrogen bounds), Md (dipole moment), halo, Cl, I (number of halogen substituents) and %PSA (polar surface area) of investigated benzodiazepines for their activity. The relationship involved the parameters used in CA and DFA methods. The DFA and CA methods showed that the parameters V, HA and %PSA are responsible for separation between compounds with higher and lower activity. The blood-brain barrier permeability plays very important role in this classification. Key words: quantitative structure-activity relationship; regression, discriminant and cluster analysis, benzodiazepine derivatives i może być uważana za błędną [1]. Działanie tych związków polega na nasileniu hamujących funkcji GABA-ergicznych neuronów. BDZ-R jest częścią receptora GABA A [2,3]. Ligandy tych miejsc wiążących mogą się różnić zdolnością do aktywacji receptora. Do uzyskania działania przeciwlękowego potrzebna jest mniejsza całkowita aktywacja receptora w porównaniu do aktywacji całkowitej receptora potrzebnej do wywołania działania uspokajającego i miorelaksującego [4]. Budowa chemiczna tych benzodiazepin charakteryzuje się obecnością pierścienia heterocyklicznego skondensowa- *Badania wykonano w ramach tematu badawczego finansowanego przez Uniwersytet Medyczny w Łodzi Nr 502-13-626 8
copyright © 2009 Grupa dr. A. R. Kwiecińskiego ISSN 1425-5073 nego jest z pierścieniem benzenowym podstawionym chlorem w położeniu C7. Pierwowzorem struktury jest pochodna typu amidyny – chlordiazepoksyd. Natomiast wprowadzenie w miejsce ugrupowania amidynowego struktury laktamowej dało najbardziej reprezentatywne leki tej grupy, które można traktować, jako analogi diazepamu. Obecność ugrupowania N-metylowego w położeniu C2 chlordiazepoksydu prowadzi do powstania rozpuszczalnego w wodzie chlorowodorku. Grupę metylową przy atomie azotu ugrupowania laktamowego diazepamu, która warunkuje zwiększoną aktywność w porównaniu z analogami niepodstawionymi, można zastąpić ugrupowaniem o podwyższonej lipofilowości, np. cyklopropylometylowym (prazepam) lub trifluorometylowym (halazepam) [5]. Atom chloru w położeniu C7 w istotny sposób decyduje o właściwościach przeciwlękowych i uspokajających. Jego zamiana na atom bromu nie wpływa znacząco na profil aktywności farmakologicznej. Zamiana atomu chloru w położeniu C7 na grupę nitrową powoduje zasadniczą zmianę aktywności ośrodkowej. Leki pochodne 7-nitrodemetylodiazepamu: nitrazepam, klonazepam i flunitrazepam stosowane są jako środki o działaniu nasennym i przeciwdrgawkowym. Do układu benzodiazepiny może być dołączony trzeci pierścień heterocykliczny. Najczęściej skutkuje to nasileniem działania nasennego. Mimo różnej od pochodnych 1,4-benzodiazepiny budowy chemicznej, 1,5-benzodiazepiny wykazują podobny profil aktywności biologicznej. Zwraca się uwagę na ich podobieństwo we fragmencie N1, C2 i C3 do diazepamu (klobazam, triflubazam). Preparaty te działają silnie przeciwlękowo Jedynym lekiem z grupy 2,3-benzodiazepiny jest tofizopam, który odbiega strukturalnie od pochodnych 1,4- i 1,5-benzodiazepin, jego działanie farmakologiczne jest jednak zbliżone. Przeprowadzono wiele analiz QSAR dotyczących pochodnych 1,4-benzodiazepiny o działaniu diazepamo-podobnym. Na podstawie analiz [6,7] stwierdzono zależność wprost proporcjonalną aktywności od lipofilowości (log P). Podsumowaniem przeglądu analiz QSAR [8] może być potwierdzenie znaczenia cech hydrofobowych, które ujawnia się zarówno w analizie in virto jak i in vivo. Znaczenie oddziaływań hydrofobowych dotyczy tradycyjnie podstawnika w pozycji C7. Ustalono również wartość optymalną log P całych struktur (log P = 2,91(±0,38)). Równocześnie stwierdzono, że dla podstawników przy C7 i C2’(w pierścieniu aromatycznym przy C5) istotniejsze są efekty steryczne niż elektronowe wynikające z ich rodzaju. Można stwierdzić, że największą rolę w oddziaływaniu z receptorem odgrywają parametry steryczne oraz hydrofobowe. Widoczne są jednak również wpływy parametrów elektronowych [9]. Niejednoznaczność wyników w zakresie aktywności może być spowodowana olbrzymią liczbą receptorów znajdujących się w komórkach mózgowych stosowanych w pomiarach aktywności benzodiazepin. Badania toksyczności benzodiazepin [10] wykazały, iż wzrastająca liczba podstawników chlorowych powoduje spadek toksyczności, zwiększenie liczby donorów wiązań wodorowych powoduje wzrost toksyczności. Niniejsza praca dotyczy badania grupy 69 pochodnych 5-fenylo-1,4-benzodiazepin-2-onu dla ustalenia charakterystyki wymagań strukturalnych BDZ o działaniu diazepamopodobnym. Dane strukturalne i o aktywności biologicznej związków zgromadzono na podstawie bibliografii [8]. Materiały i metody Analizowane w pracy BDZ należą do grupy pochodnych 5-fenylo-1,4-benzodiazepin-2-onu. Do badań przyjęto 69 związków (G1-G69) pochodzących z bibliografii [8]. Strukturę pochodnych i aktywność podano w Tabeli 1. Tabela 1. Struktura badanych pochodnych 1,4-benzodiazepin-2-onu G1-G69 [8] R 7 R 1 O N R 6 R 2 R 5 N R 4 R 3 związki R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 log1/C G1 CH 3 OCON(CH 3 ) 2 Cl 6,05 G2 C(CH 3 ) 3 Cl 6,21 G3 CH 3 NH 2 6,34 G4 CH 3 F NHCONHCH 3 6,34 G5 CH 2 OCH 3 NO 2 6,37 G6 NH 2 6,41 G7 CH 3 CN 6,42 G8 NHOH 6,45 G9 Cl 6,49 G10 C(CH 3 ) 3 Cl NO 2 6,52 G11 CH 3 F Cl Cl 6,52 G12 CH 3 CH 3 6,77 G13 CH 3 F Cl 6,82 G14 CH 2 CHOHCH 2 OH F Cl 6,85 G15 CH 2 C 3 H 5 Cl 6,96 G16 CH 3 F NHOH 7,02 G17 CH 2 CCH Cl 7,03 9
- Page 1: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 4 and 5: Zdj. Zygmunt Wieczorek Szanowni Pa
- Page 7: Farm Przegl Nauk, 2009,8, 7-11 copy
- Page 11 and 12: staci zahamowania przyłączenia [
- Page 13 and 14: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 15 and 16: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 17 and 18: Farm Przegl Nauk, 2009,8, 17-23 cop
- Page 19 and 20: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 21 and 22: Ryc. 3. Zymogramy przedstawiające
- Page 23 and 24: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 25 and 26: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 27 and 28: Farm Przegl Nauk, 2009,8, 27-31 cop
- Page 29 and 30: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 31 and 32: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 33 and 34: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 35 and 36: Time dependent increase of proline
- Page 37 and 38: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 39 and 40: Farm Przegl Nauk, 2009,8, 39-42 cop
- Page 41 and 42: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 43 and 44: Farm Przegl Nauk, 2009,8, 43-47 cop
- Page 45 and 46: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 47 and 48: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
- Page 49 and 50: copyright © 2009 Grupa dr. A. R. K
copyright © 2009 Grupa dr. A. R. Kwiecińskiego ISSN 1425-5073<br />
nego jest z pierścieniem benzenowym podstawionym chlorem<br />
w położeniu C7. Pierwowzorem struktury jest pochodna<br />
typu amidyny – chlordiazepoksyd. Natomiast wprowadzenie<br />
w miejsce ugrupowania amidynowego struktury laktamowej<br />
dało najbardziej reprezentatywne leki tej grupy, które można<br />
traktować, jako analogi diazepamu. Obecność ugrupowania<br />
N-metylowego w położeniu C2 chlordiazepoksydu prowadzi<br />
do powstania rozpuszczalnego w wodzie chlorowodorku.<br />
Grupę metylową przy atomie azotu ugrupowania laktamowego<br />
diazepamu, która warunkuje zwiększoną aktywność<br />
w porównaniu z analogami niepodstawionymi, można<br />
zastąpić ugrupowaniem o podwyższonej lipofilowości, np.<br />
cyklopropylometylowym (prazepam) lub trifluorometylowym<br />
(halazepam) [5]. Atom chloru w położeniu C7 w istotny<br />
sposób decyduje o właściwościach przeciwlękowych<br />
i uspokajających. Jego zamiana na atom bromu nie wpływa<br />
znacząco na profil aktywności farmakologicznej. Zamiana<br />
atomu chloru w położeniu C7 na grupę nitrową powoduje<br />
zasadniczą zmianę aktywności ośrodkowej. Leki pochodne<br />
7-nitrodemetylodiazepamu: nitrazepam, klonazepam i flunitrazepam<br />
stosowane są jako środki o działaniu nasennym<br />
i przeciwdrgawkowym. Do układu benzodiazepiny może<br />
być dołączony trzeci pierścień heterocykliczny. Najczęściej<br />
skutkuje to nasileniem działania nasennego. Mimo różnej<br />
od pochodnych 1,4-benzodiazepiny budowy chemicznej,<br />
1,5-benzodiazepiny wykazują podobny profil aktywności<br />
biologicznej. Zwraca się uwagę na ich podobieństwo we<br />
fragmencie N1, C2 i C3 do diazepamu (klobazam, triflubazam).<br />
Preparaty te działają silnie przeciwlękowo Jedynym<br />
lekiem z grupy 2,3-benzodiazepiny jest tofizopam, który odbiega<br />
strukturalnie od pochodnych 1,4- i 1,5-benzodiazepin,<br />
jego działanie farmakologiczne jest jednak zbliżone.<br />
Przeprowadzono wiele analiz QSAR dotyczących pochodnych<br />
1,4-benzodiazepiny o działaniu diazepamo-podobnym.<br />
Na podstawie analiz [6,7] stwierdzono zależność<br />
wprost proporcjonalną aktywności od lipofilowości (log P).<br />
Podsumowaniem przeglądu analiz QSAR [8] może być potwierdzenie<br />
znaczenia cech hydrofobowych, które ujawnia<br />
się zarówno w analizie in virto jak i in vivo. Znaczenie oddziaływań<br />
hydrofobowych dotyczy tradycyjnie podstawnika<br />
w pozycji C7. Ustalono również wartość optymalną log P<br />
całych struktur (log P = 2,91(±0,38)). Równocześnie stwierdzono,<br />
że dla podstawników przy C7 i C2’(w pierścieniu<br />
aromatycznym przy C5) istotniejsze są efekty steryczne niż<br />
elektronowe wynikające z ich rodzaju. Można stwierdzić, że<br />
największą rolę w oddziaływaniu z receptorem odgrywają<br />
parametry steryczne oraz hydrofobowe. Widoczne są jednak<br />
również wpływy parametrów elektronowych [9]. Niejednoznaczność<br />
wyników w zakresie aktywności może być<br />
spowodowana olbrzymią liczbą receptorów znajdujących<br />
się w komórkach mózgowych stosowanych w pomiarach<br />
aktywności benzodiazepin. Badania toksyczności benzodiazepin<br />
[10] wykazały, iż wzrastająca liczba podstawników<br />
chlorowych powoduje spadek toksyczności, zwiększenie<br />
liczby donorów wiązań wodorowych powoduje wzrost toksyczności.<br />
Niniejsza praca dotyczy badania grupy 69 pochodnych<br />
5-fenylo-1,4-benzodiazepin-2-onu dla ustalenia charakterystyki<br />
wymagań strukturalnych BDZ o działaniu diazepamopodobnym.<br />
Dane strukturalne i o aktywności biologicznej<br />
związków zgromadzono na podstawie bibliografii [8].<br />
Materiały i metody<br />
Analizowane w pracy BDZ należą do grupy pochodnych<br />
5-fenylo-1,4-benzodiazepin-2-onu. Do badań przyjęto<br />
69 związków (G1-G69) pochodzących z bibliografii [8].<br />
Strukturę pochodnych i aktywność podano w Tabeli 1.<br />
Tabela 1. Struktura badanych pochodnych 1,4-benzodiazepin-2-onu G1-G69 [8]<br />
R 7 R 1<br />
O<br />
N<br />
R 6<br />
R 2<br />
R 5<br />
N<br />
R 4<br />
R 3<br />
związki R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 log1/C<br />
G1 CH 3<br />
OCON(CH 3<br />
) 2<br />
Cl 6,05<br />
G2 C(CH 3<br />
) 3<br />
Cl 6,21<br />
G3 CH 3<br />
NH 2<br />
6,34<br />
G4 CH 3<br />
F NHCONHCH 3<br />
6,34<br />
G5 CH 2<br />
OCH 3<br />
NO 2<br />
6,37<br />
G6 NH 2<br />
6,41<br />
G7 CH 3<br />
CN 6,42<br />
G8 NHOH 6,45<br />
G9 Cl 6,49<br />
G10 C(CH 3<br />
) 3<br />
Cl NO 2<br />
6,52<br />
G11 CH 3<br />
F Cl Cl 6,52<br />
G12 CH 3<br />
CH 3<br />
6,77<br />
G13 CH 3<br />
F Cl 6,82<br />
G14 CH 2<br />
CHOHCH 2<br />
OH F Cl 6,85<br />
G15 CH 2<br />
C 3<br />
H 5<br />
Cl 6,96<br />
G16 CH 3<br />
F NHOH 7,02<br />
G17 CH 2<br />
CCH Cl 7,03<br />
9