AMINOGLICOSIDIAMINOGLICOSIDIAMINOGLICOSIDIAMINOGLICOSIDI

DESOSSISTREPTAMINA 4,5-DISOSTITUITADESOSSISTREPTAMINA 4,5-DISOSTITUITA

HO

R1HNNH2

1 3

4

O5

OR2

OH

R3

H2N 6'

2'

O

HO

OHO

OR45''

Glicidi o aminoglicidi

2-desossistreptamina (aglicone)

•Neomicina B•Paramomicina I•Lividomicina A•Ribostamicina

DESOSSISTREPTAMINA 4,5-DISOSTITUITA

ONH2

OR5

OH

H2N

X= Y=

O

OH

NH2

DESOSSISTREPTAMINA 4,6-DISOSTITUITA

R8

O

R9

R10HN

H

OHH

R7

3''

O

R6HN

HO

NH2

6

1 3

4

O

R3R1

R5

R4

R22'

6'O

2-desossistreptamina (aglicone)

Glicidi o aminoglicidi

•Kanamicina A,B,C•Tobramicina•Gentamicina C1, C2,B•Arbekacina

DESOSSISTREPTAMINA 4,6-DISOSTITUITA

R*= CHOHCH2NH2; R’= CHOH(CH2)NH2; R’’= CH2CH3

Meccanismo d’azione

Proteina matura

Allungamento catena polipeptidica

Direzione traduzione + aminoglicoside

Blocco complesso d’inizio

Blocco traduzione eterminaz. precoce

Incorporazione aa.errati

Meccanismo d’azione e SAR: studi cristallografici

Legame H tra guanina A 1408 e Paramomicina,Tobramicina, Geneticina.

1493

Meccanismo d’azione e SAR: modelling

Meccanismo d’azione e SAR: modelling

• I gruppi funzionali essenziali sono l’ossidrile e l’aminogruppo;

• L’anello I lega le coppie U 1406 U 1495 e C 1407 G 1494, essenziali quindi per un’interazione efficace;

• La tasca creata da A 1492 e dalla coppia A 1408 A 1493 si lega all’anello II della Paramomicina, questo legame fa shiftare G 1491 al di sopra della sua naturale posizione;

• Gli anelli III e IV rafforzano le interazioni principali, legando il solco maggiore dell’r-RNA tramite i propri gruppi –OH ed –NH2;

• La coppia C 1409 G 1491 accomoda il legame dell’aminoglicoside nella tasca, perciò la presenza di una base errata in questa posizione impedisce la formazione del legame;

• La conformazione assunta deve soddisfare le costrizioni steriche ed elettrostatiche del sito di legame.

Spiazzamento ioni bivalenti e ruolo del solvente

Aminoglicosidi come metal mimicsPonti H stabilizzano i complessi

Meccanismi di Resistenza

• Riduzione dell’ingresso e/o accumulo del farmaco all’interno del batterio (fenomeni adattativi di impermeabilizzazione della membrana);

• Espressione di enzimi batterici che modificano gli aminoglicosidi e li rendono inattivi(AAC,ANT,APH);

• Modificazione del sito di legame ribosomiale (mutazione puntiforme).

Espressione di enzimi batterici

Strategie per superare l’inattivazione enzimatica

• Studi di relazione struttura attività: effettuati a partire da un lead compound sul quale vengono apportate delle sostituzioni;

• Studi di Drug Targeting: l’individuazione dell’esatta struttura dei targets (RNA e/o enzima), consente di ottenere composti selettivi nei confronti del bersaglio biologico (RNA).

Studi di relazione struttura attività

O

HOH2N

OH

O

O

OH

3''6

1

4

3

H2NNH2

HO

O

H2N

OH

OH

NH2

6'

2'

AAC (2')APH (3')

ANT (4')

AAC (6')

AAC (3)

APH (2'')ANT (2'')

*Aminazione in 2''*Acilazione in 2''*Fluorinazione in 2'' e in 5*Idrossimetilazione in 1*Aminoacilazione in 1*Inversione della chiralità in 5*2''-oxo derivatio 5-fluoro derivati

*Fluorinazione in 5*Idrossimetilazione in 1*Aminoacilazione in 1*Alchilazione in 1*Inversione chiralità in 5

* Alchilazione in 6' amino*Introduzione di aa e peptidi in 6'*Idrossimetilazione in 1

*Fluorinazione in 4'

*Fluorinazione in 3'*Rimozione dell'OH in 3'

*Idrossimetilazione in 1*Fluorinazione in 2' ed in 5*Alchilazione ed acetilazione del 2' amino*Inversione chiralità in 5

Studi di relazion

e struttur

a attività

O(H2N)HO

OH

OH

NH2

6'

2'

5A

OHO

OH

OHCH3

6'

2'

Analoghi deaminati della Kanamicina A

5D

N

S OO

R

Uso di solfonammidi isochinoliniche come inibitori di protein chinasi

5C

OHO

O

OH

NH2

6'

2'

H B

P

O-

O-

O-ADP

O

OHO OH

NH2

P

O-O-ADP

-O OO

OHO OH

NH2

6'

2'

P

O

-O

O

6'

2'

+

-O

+ ADP

Analoghi che mimano lo stato di transizione

5B

OON2

OH

OH

NH2

6'

2'

APH

OHO OH

NH2

PO

-O

-O

6'

OHO OH

NH2

6'

Enz-NuH+

Inattivazione enzimatica

SAR degli Aminoglicosidi di ultima generazione: Piramnicina e TC005

• L’aminogruppo è ancorato saldamente alla tasca e non è riconosciuto dall’enzima

• L’introduzione di sostituenti sull’anello III e IV, carichi come la guanidina o neutri come il gruppo metilico o aromatico, hanno portato ad un aumento dell’interazione carica-carica o dell’interazione di van der Waals, con il risultato finale di agevolare il legame aminoglicoside-RNA e ostruire quello aminoglicoside-enzima

• Il composto ottenuto è molto diverso dal lead originario ma mantiene un’elevata potenza ed al tempo stesso evita l’inattivazione enzimatica

• Introducendo in N1 della Piramnicina un acido 4-amino-2-idrossibutanoico, è stato ottenuto un composto TC005, che ha gli stessi vantaggi del lead e ridotta tossica renale perché escreto in minima parte tramite tale emuntorio.

SAR degli Aminoglicosidi ultima generazion

e: Piramnicina

e TC005

Studi di Drug Targeting: complesso APH(3’)-IIIa-Kanamicina o Neomicina

APH(3’)-IIIa-aminoglicosidet-RNA:Detossificazione di APH(3’)-IIIa

Studi di Drug Targeting

Kanamicina-APH(3’)-IIIa

Neomicina-APH(3’)-IIIa

Studi di Drug Targeting:SARsottositi di APH(3’)-IIIa

Studi di Drug Targeting: SARNeomicina B-Paramomicina I/APH

• Le conformazioni di Neomicina B e Paramomicina I nel sito target sono identiche;

• I gruppi funzionali impiegati nel legame con APH(3’)-IIIa sono identici a quelli utilizzati nel legame col ribosoma;

• Esistono significative differenze per ciò che concerne le interazioni di van der Waals.

Studi di Drug Targeting: interazioni di van der Waals

Neomicina B-Paramomicina I Kanamicina A-Gentamicina

APH(3’)-IIIa

Sito A ribosoma E.coli

Conclusioni e Prospettive Future

• Molecular mimicry ed effetto decoy: strategie fondamentali per lo sviluppo (design) di nuovi aminoglicosidi in grado di interagire con il sito A ribosomiale ma incapaci di legare APH(3’)-IIIa, in definitiva più efficaci perché non inattivati e meno tossici.