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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 1
Komplexere Krankheiten
Malaria ist die Tropenkrankheit Nr. 1
• jährlich 300-500 Millionen Infektionen davon 1-3 Millionen Todesfälle
klinische Symptome:
Hohes Fieber, Anemie, Acidosis,multiples Organversagen
Aufgrund des Lebenszyklus des ErregersPlasmodium flaciparum und der Übertragung durch die Anopheles Fliege ergeben sich mehrere Ansatzpunktebei der Bekämpfung und der Therapie
Lit. D.A.Fidock et al. Nature Rev. Drug Disc. 3 (2004) 509
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 2
Malaria Erreger: Hämoglobin Abbau
Weitere Erregerim Menschen:
P. vivaxP. malariaeP. ovale
Daneben ca.156Species vonPlasmodium
Plasmodium falciparum Trophozoit
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 3
Lebenszyklus des Malaria Erregers
Quelle: http://www.dpd.cdc.gov/.../body_Malaria_page1.htm
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 4
Bekämpfungsansätze (I)1960-1980 Flächendeckender Einsatz von Insektiziden gegen
die Anopheles Fliege
sehr gute Erfolge mit DDT (Dichloro-Diphenyl-Trichloroethan)
Nachteile:
• Anreicherung von DDT im Fettgewebe bei allen Lebewesen
• Wird praktisch biologisch nicht abgebaut
• Metabolismus zu neurotransmitterähnlicher Substanz (Wirkung als Kontaktinsektizid !)
• Ausbreitung von DDT Resistenzen
Cl Cl
CCl3
Cl Cl
CCl2
DDTDDE (antiandrogen)
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 5
Verbreitung von Malaria (I)
Malaria Riskio Gebiete
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 6
Verbreitung von Malaria (II)
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 7
Verbreitung der Anopheles Fliege
(Anopheles)
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 8
Bekämpfungsansätze (II)
N Cl
NH
N
N
N
NSH
O
O
NH2
O
O
Chloroquine: seit Ende der 1940‘er weltweite Anwendung bei sehr niedrigen Kosten (0.2 US$ pro Anwendung)
Wirkmechanismus (teilweise noch unklar):Bindet an HEM-GruppenHemmung der Glutathion-S-transferase
SulfadoxineAntibakteriell
Pyrimethamineblockiert die Dihydrofolat Reduktasebzw. die Dihydropterat Synthetase
N N
Cl
NH2
NH2
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 9
Resistenzen der Anopheles Fliege
Rot: Gebiete in denen Malaria vorkommt
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 10
Bekämpfungsansätze (III)
N Cl
NHN
OH Cl
Cl
N
N
NH2
H
N
NH2
Alternativen zu chloroquine und sulfadoxine/pyrimethamine
Amodiaquine bzw. Chlorproguanil/Dapsone
Nachteil: Resistenzen zu erwarten, da identische Targets
S
O
O
NH2
NH2
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 11
Bekämpfungsansätze (IV)
Profil für neue Wirkstoffe und Chemoprophylaxe
• Effizient, billig
• Wirksam gegen das seltenere, aber lethale Plasmodium vivax
• Verhindern von Resistenzen durch Kombinationspräparate (mehrere Targets gleichzeitig)
Beispiel für Chemoprophylaxe: Mefloquine (Lariam®)
N CF3
CF3
OHN
H
H
Wirkmechanismus durch Interaktion mit Phospholipiden (Zellmembran, Fettsäuresynthese)
Nur sehr wenige Nebenwirkungen
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 12
Bekämpfungsansätze (V)
OH
Cl
O
O
Beispiel für Kombinationspräparate: atovaquone (Antiparasitisch) mit einem Antibiotikum
Naturstoffabgeleitete Wirkstoffe: Artemisinin → Artemether und Artesunate (bilden in Anwesenheit von HEM-Eisen cytotoxische Radikale)
Nachteil: Metabolismus und dadurch kurze Halbwertszeit
O
O
O O
HCH3
HH
CH3
HCH3
O
O
O
O O
HCH3
HH
H
CH3
H
OCH3
CH3
O
O
O O
HCH3
HH
CH3
HCH3
H O
O
COOH
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 13
Neue Malaria Targets (I)
Lit. D.A.Fidock et al. Nature Rev. Drug Disc. 3 (2004) 509
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 14
Neue Malaria Targets (II)→ Target Identifikation auf genetischer Ebene Homologe Enzyme von bekannten Krankheiten
→ Weiterentwicklung von bereits vorhandenen Pharmaka die gegen andere (infektive) Krankheiten eingesetzt werden:
Dihydrofolat Reduktase → Krebs
Cysteine Protease → Osteoporosis
Protein Farnesyl Transferase → Krebs
Protein Synthese → andere Parasiten
Vaccine: auf der Zelloberfläche exprimierte Proteine→ Sequenzierung von Plasmodium falciparum
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 15
Neue Malaria Targets (III)Sequenzierung von Plasmodium falciparum
25 Mb auf 14 Chromosomen, ca. 5000 Gene 6 Kb Genom des Mitochondrium35 Kb zirkulare DNA des Apicoplast
Änhliche Dimensionen sind auch bei P. yoelii und P. vivax zu erwarten.
Lit. S.L.Hoffman et al. Nature 415 (2002) 702
http://www.ncbi.nlm.hih.gov/Malaria/
http://plasmodb.org (Annotiertes Plasmodium Genom)
Metabolische Pfade von P. falciparum:
http://sites.huji.ac.il/malaria/ (mit EC Nummern)
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 16
Komplexere KrankheitenFettleibigkeit (engl. obesity)
typische Symptome:
• Übergewicht
• erhöhte Cholesterinwerte → Arteriosklerose
• Bluthochdruck
ErhöhtescardiovaskuläresRisiko
Der Zusammenhang konnte über das genetisch bedingte Fehlen von Cholesterinrezeptoren (Hypercholesterolaemia), sowie besonders Cholesterinreicheres Futter im Tierversuch hergestellt werden.
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 17
Regelung des Cholesterin-Pools
OH
OH
COOH
Lit. F.Rinninger & H.Greten Dtsch. Ärztebl. 102 (2005) A516 J.A.Tobert Nature Rev. Drug Disc. 2 (2003) 517
Acetyl-CoA
HMG-CoA
HMG-CoAReduktase
Mevalonat
andere Steroide Squalen
LDL 70% HDL 30%
CholesterinEigentliches target
Zellmembran(Flexibilität)
Statine
Endogene Biosynthese
HDL Rezeptor
LDL Rezeptor
Darm NPC1L1Transporter
Ezetimib
Cholesterin aus der Nahrung
Gallensäuren
Aufnahme
OH
COOH
O
SCoA
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 18
Hemmung der HMG-CoA Reduktase (I)
O
O
H
OH
H
O
O
compactin
O
O
H
OH
H
O
O
lovastatin
Compactin (aus Penicillium citrinum) und Mevinolin (=lovastatin) (aus Aspergillus terreus) wurden als erste Inhibitoren entdeckt.
Lit. J.A.Tobert Nature Rev. Drug Disc. 2 (2003) 517
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 19
Hemmung der HMG-CoA Reduktase (II)Der eigentlich wirksame Bestandteil ist der Metabolit
O
COOH
SCoA
OH
CH3
OH
COOHOH
CH3
HMG-CoA
mevalonic acid
HMG-CoAReductase
cholesterolbiosynthesis
OOH
HO
H
CH3
H
CH3
OCH3
O
CH3
lovastatin
OH
COOHOH
H
H
CH3
H
CH3
OCH3
O
CH3
active metabolite
mevinolin
ester cleavage
Ki = 1 nM
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 20
Marktpotential von StatinenMarktvolumen von Cholesterinsenkern
Lit. J.Quirk et al. Nature Rev. Drug Disc. 2 (2003) 769
Umsatz in Milliarden US$ für USA, Frankreich, Deutschland, Italien, Spanien, England und Japan, (Marktanteil in %)CEPT= cholesteryl ester transferase protein
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 21
Weitere Statine
O
O
H
OH
H
O
O
simvastatin (Merck & Co)
OH
O
H
H
O
OH
HOOCOH
pravastatin (Sankyo)
OH
N N
F
NSO
O
OHHOOC
rosuvastatin (Astra-Zeneca)
OH
OHHOOC
N
F
fluvastatin (Sandoz)
N
OH
OHHOOC
O
N
F
H
atorvastatin (Warner-Lambert)
OH
OHHOOC
N
F
O
cerivastatin (Bayer)
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 22
Weitere Lipidsenker (I)
Ezetimibe inhibiert den Cholesterin Transporter
Lit. Van Heek Brit.J.Pharmacol. 129 (2000) 1748.
LDL 70% HDL 30%
Cholesterin
NPC1L1Transporter
Ezetimib
Cholesterin aus der Nahrung Aufnahme
N
O
F OH
OH
F
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 23
Weitere Lipidsenker (II)
Avasimibe inhibiert die Acetyl-Coenzym-A-Cholesterin- Acetyltransferase (ACAT-Inhibitor)
O
O
SO
N
O
H
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 24
Weitere Lipidsenker (III)
OH
H
H
CH3
H
NO
N
furazabol
H
H
H
H
OH
cholesterol
Kompetetive Cholesterinanaloga
H
H H
O
O
Cl
clomestrone
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 25
Opinion drugs vs. life style modification
„obesity is a form of depression in which the eating is an antidepressant“
Fat storage is most efficient to preserve energy
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 26
Anorexic drugs (I)
Lit. B.L.Roth et al.Nature Rev. Drug Disc. 3 (2004) 353.
Aufgrund ihres komplexen Affinitätsprofils bezüglich einer ganzen Reihe von Rezeptoren modifizieren psychoaktive Wirkstoffe auch das Appetitverhalten
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 27
Anorexic drugs (II)Prominente Beispiele für psychoaktive Wirkstoffe mit appetitzügelender (Neben-)wirkung:
Methylphenidate (Ritalin®) ADHD
Atomexetine (Strattera®) Aufmerksamkeitsdefizitsyndrome
Fluoxetin (Prozac®)
Lit. M.Garland, P.Kirkpatrick Nature Rev. Drug Disc. 3 (2004) 385.
Marktvolumen für ADHD Pharmaka in Millionen US $