Циклические аналоги галанина и пути их применения
CYCLIC ANALOGUES OF GALANIN AND METHOD OF THEIR APPLICATION

Настоящее изобретение в целом относится к области медицины и фармакологии. Более конкретно, оно относится к новым аналогам галанина, способам их получения и их применению в терапии.
Галанин представляет собой нейропептид, состоящий из цепи из 29-30 аминокислот, полученной вследствие расщепления белка из 123 аминокислот, известного как препрогаланин, который кодируется геном GAL. Он характеризуются высоким уровнем экспрессии в головном мозге, спинном мозге и кишечнике людей, а также других млекопитающих. Галанин был вовлечен во многие биологически разнообразные функции, в том числе ноцицепцию, регуляцию цикла сна и бодрствования, познание, регуляцию пищевого поведения, регуляцию настроения, регуляцию кровяного давления; при этом он также играет роль в развитии, а также действует как трофический фактор. Галанин связан с рядом заболеваний, в том числе болезнью Альцгеймера, эпилепсией, а также депрессией, расстройствами пищевого поведения и раком.
Галанин стимулирует три подтипа рецепторов, GalR1, GalR2 и GalR3 [Mitsukawa K, 2010 Galanin, galanin receptors, and drug targets. EXS 102, 7-23]. Эти подтипы отличаются распространением и путями передачи сигнала.
GalR1 экспрессируется в базальном переднем мозге, гипоталамусе, спинном мозге и клетках кишечного эпителия, в которых наблюдается его повышенная регуляция в случае воспалительного заболевания кишечника (IBD). Об эффектах после стимуляции GalR1 известно не так уж много. Стимуляция GalR1, судя по всему, вовлечена в регуляцию пищевого поведения [Saar I, 2011 Novel galanin receptor subtype specific ligands in feeding regulation. Neurochemistry Int 58, 714-20].
GalR2 широко распространен в головном мозге, но встречается также в гипофизе и периферических тканях. Сообщалось, что стимуляция GalR2 обеспечивает нейропротекцию в случае MS [Wraith DC, 2009 A role for galanin in human and experimental inflammatory demyelination PNAS 106, 15466-71; Zhang L, 2012 Galanin transgenic mice with elevated circulating galanin levels alleviate demyelination in a cuprizone-induced MS mouse model. PLoS One. 7(3):e33901] и болезни Альцгеймера, a также оказывает анксиолитические, антидепрессантные и противосудорожные эффекты.
GalR3 широко распространен при низком относительном содержании [Lu X, 2005 Distribution and differential regulation of galanin receptor subtypes in rat brain: effects of seizure activity. Neuropeptides 39, 147-52; Mitsukawa K, 2010 Galanin, galanin receptors, and drug targets. EXS 102, 7-23; Hokfelt T, 2008 Galanin - 25 years with a multitalented neuropeptide. Cell Mol Life Sci 65, 1793-5; Hokfelt T 2005 Galanin and its receptors: Introduction to the Third International Symposium, San Diego, California, USA, 21-22 October 2004. Neuropeptides 39, 125; Kuteeva E, 2008 Galanin, galanin receptor subtypes and depression-like behavior. Cell Mol Life Sci 65, 1854-63Mol Life Sci 65, 1842-53]. Имеется лишь небольшое количество информации о взаимодействии рецептора Gal3 с его лигандом [Sollenberg UE, 2010 Binding of Chimeric Peptides М617 and M871 to Galanin Receptor Type 3 Reveals Characteristics of Galanin Receptor-Ligand Interaction. Int J Pept Res Ther 16, 17].
В совокупности, пока эффекты стимуляции GalR1 и GalR3 кажутся неизвестными или неблагоприятными, агонистическая стимуляция GalR2 оказывается эффективной в случае MS [Wraith DC, 2009 A role for galanin in human and experimental inflammatory demyelination. PNAS 106, 15466-71; Zhang L, 2012 Galanin transgenic mice with elevated circulating galanin levels alleviate demyelination in a cuprizone-induced MS mouse model. PLoS One. 7(3):e33901].
Стимуляция GalR2 оказывает нейропротекцию [Elliott-Hunt CR, 2007 Activation of the galanin receptor 2 (GalR2) protects the hippocampus from neuronal damage. J Neurochem 100, 780-9] и противосудорожные действия [Lu X, 2010 GalR2-positive allosteric modulator exhibits anticonvulsant effects in animal models. PNAS 107, 15229-34]. Галанин, по-видимому, проявляет эти противосудорожные эффекты посредством рецепторов как типа 1, так и типа 2, с различными нисходящими каскадами передачи сигнала [Lerner JT, 2008 Galanin and epilepsy. Cell Mol Life Sci 65, 1864-71 Neurochem 100, 780-9]. GalR2, связанный с G(o)2, опосредует ингибирование высвобождения инсулина галанином путем регуляции как K(АТР)-, так и Са(2+)-каналов у мышей [Tang G, 2012 Go2 G protein mediates galanin inhibitory effects on insulin release from pancreatic β cells. PNAS 109, 2636-41]. Что касается безопасности, полагают, что специфичность агонистов в отношении GalR2 и пониженная специфичность агонистов в отношении GalR3 могут иметь важное значение. Основная передача сигнала GALR2 осуществляется посредством Gq через путь фосфолипаза С/протеинкиназа С, который не стимулируется посредством GalR1 или GalR3. Однако было продемонстрировано, что GalR2 также может связываться с белками Gi для ингибирования аденилатциклазы, подобно GalR1 и GalR3; и также может стимулировать МАРK.
Авторы настоящего изобретения признали необходимость в аналогах галанина, которые характеризуются способностью активации различных путей, с тем, чтобы в случае необходимости можно было селективно стимулировать путь(пути), важный(важные) с терапевтической точки зрения. Поэтому они решили разработать новые лиганды рецепторов галанина, селективные в отношении определенного подтипа рецептора, которые активны при системном введении. Более конкретно, цель авторов настоящего изобретения заключалась в обеспечении галанинов, агонистически действующих посредством GalR2 и/или GalR1, при антагонистическом, отсутствующем или слабо агонистическом действии посредством GalR3 с учетом их терапевтического интереса. Кроме того, целесообразными были бы галанины, характеризующиеся сниженной способностью индуцировать интернализацию рецепторов, тем самым повышая их эффективность (in vivo).
Неожиданно было обнаружено, что по меньшей мере некоторые из этих целей могут быть достигнуты путем введения лантионинового кольца в пептид галанин. Не вдаваясь в теорию, предполагается, что циклизация с помощью (метил)лантиониновой структуры приводит к конформационному ограничению, которое модулирует взаимодействие с подтипами рецепторов галанина. (Метил)лантионин можно вводить не только путем замены существующих остатков в эндогенной пептидной последовательности, но также и путем вставки аминокислот.
Соответственно, в настоящем изобретении предусматривается циклический пептидный аналог галанина, при этом аналог галанина содержит (метил)лантиониновый мостик, и при этом аналог характеризуется общей формулой
"Х1-Х2-Х3-Х4-Х5-Х6-Х7-Х8-Х9-Х10-Х11-Х12-Х13-Х14-Х15-Х16-Х17-Х18-Х19-Х20-Х21-Х22", или его усеченный вариант, лишенный X1 и/или не более чем 11 остатков на С-конце,
где два остатка, выбранные из группы, состоящей из Х3, Х4, Х6, Х7, Х10 и Х13-Х19, вместе образуют лантиониновый мостик структуры Ala-S-Ala или метиллантиониновый мостик структуры Abu-S-Ala или Ala-S-Abu, где
X1 представляет собой рE, G, N, RGRG, RGRGN или RGRGG,
Х2 представляет собой WN или WT,
Х3 представляет собой L, (me)lan, A, D, V, K, Q или N,
Х4 представляет собой N, Т, Q или (me)lan,
Х5 представляет собой S или А,
Х6 представляет собой А или (me)lan,
Х7 представляет собой G, (me)lan, А или K,
Х8 представляет собой Y,
Х9 представляет собой L,
X10 представляет собой L, (me)lan или А,
X11 представляет собой G, А или (me)lan,
X12 представляет собой Р, или А, или (me)lan,
X13 представляет собой Н, (me)lan, V, Q, Р, Q, Е, K или А,
Х14 представляет собой A, (me)lan, L, Q, Р, Н, K или I,
X15 представляет собой V, (me)lan, Р, F, G, K или А,
X16 представляет собой (me)lan, Р, F, L, N или G,
Х17 представляет собой N, (me)lan, Р, G, S, А или Н,
X18 представляет собой Н, (me)lan, A, L, Р, А или R,
X19 представляет собой R, (me)lan, L, М, F или А,
Х20 представляет собой R, А,
Х21 представляет собой L, и
Х22 представляет собой А,
при этом
рE означает пироглутамат;
(me)lan означает Lan или meLan, где Lan обозначает N- или С-концевую половину лантионина (Ala-S-Ala), a meLan означает N- или С-концевую половину метиллантионина (Abu-S-Ala или Ala-S-Abu);
при условии, что не более двух из Х3, Х4, Х6, Х7, Х10, X11 и Х13-Х19 представляют собой (me)lan, которые вместе образуют (метил)лантиониновый мостик, и где указанный (метил)лантиониновый мостик имеет размер i, i+3, или i, i+4, или i, i+5.
В другом варианте осуществления в настоящем изобретении предусматривается циклический пептидный аналог галанина, при этом аналог галанина содержит (метил)лантиониновый мостик, и при этом аналог характеризуется общей формулой
"Х1-Х2-Х3-Х4-Х5-Х6-Х7-Х8-Х9-Х10-Х11-Х12-Х13-Х14-Х15-Х16-Х17-Х18-Х19-Х20-Х21-Х22",
где два остатка, выбранные из группы, состоящей из Х3, Х4, Х6, Х7, Х10 и Х13-Х19, вместе образуют лантиониновый мостик структуры Ala-S-Ala или метиллантиониновый мостик структуры Abu-S-Ala или Ala-S-Abu, и где
X1 представляет собой рE, G, N, RGRG, RGRGN или RGRGG,
Х2 представляет собой WN или WT,
Х3 представляет собой L, (me)lan, A, D, V, K или Q,
Х4 представляет собой N, Т или (me)lan,
Х5 представляет собой S или А,
Х6 представляет собой А или (me)lan,
Х7 представляет собой G, (me)lan, А или K,
Х8 представляет собой Y,
Х9 представляет собой L,
X10 представляет собой L, (me)lan или А,
X11 представляет собой G, А или (me)lan,
X12 представляет собой Р или А,
X13 представляет собой Н, (me)lan, V, Q, Р, Q, Е, K или А,
Х14 представляет собой A, (me)lan, L, Q, Р, Н, K или I,
X15 представляет собой V, (me)lan, Р, F, G, K или А,
X16 представляет собой (me)lan, Р, F, L или G,
X17 представляет собой N, (me)lan, Р, G, S или А,
X18 представляет собой Н, (me)lan, A, L, Р или А,
X19 представляет собой R, (me)lan, L, М, F или А,
Х20 представляет собой R или А,
Х21 представляет собой L,
Х22 представляет собой А,
или его усеченный вариант, лишенный X1 и/или не более чем 10 остатков на С-конце,
при этом рE означает пироглутамат (pGlu); (me)lan означает Lan или meLan, где Lan обозначает N- или С-концевую половину лантионина (Ala-S-Ala), a meLan обозначает N- или С-концевую половину метиллантионина (Abu-S-Ala или Ala-S-Abu);
при условии, что не более двух из Х3, Х4, Х6, Х7, Х10, X11 и Х13-Х19 представляют собой (me)lan, которые вместе образуют (метил)лантиониновый мостик, и при этом указанный (метил)лантиониновый мостик имеет размер i, i+3; i, i+4 или i, i+5.
Циклические пептидные аналоги галанина известны из уровня техники. Carpenter et al. (Biochem. 1999, 38, 15295) сконструировали циклизированный аналог Gal(1-6), который содержал лактамовый мостик между боковыми цепями Asp4 и Lys8. Это давало аналог, который характеризовался аффинностью связывания с рецептором в низком наномолярном диапазоне и значением EC50 для подтипа рецептора GalR2 в низком наномолярном диапазоне.
В WO03/099862 раскрывается модифицированная пептидная последовательность галанина, которая может служить в качестве иллюстративного предшественника для введения посредством пост-трансляционной модификации лантионинового кольца в положении Ser6 и Cys10. О свойствах полученного циклического аналога ничего не упоминалось.
Green et al. (Bioorg Med Chem. 2013 Jan 1;21(1):303-10) применили сшивание углеводородов в качестве стратегии стабилизации спиральной конформации биологически активных пептидов. Раскрыли сшитый аналог галанина, в котором Ala-7 и Leu-11 полноразмерного галанина был замещен (S)-2-(4-пентенил)аланином. Аналог сохранял агонистические активности по отношению к GalR1 и GalR2, а также подавлял судороги в мышиной модели эпилепсии. Никакого изменения в отношении рецепторной специфичности не наблюдалось.
Циклический аналог галанина по настоящему изобретению, также упоминаемый в данном документе как "лантигаланин", характеризуется метиллантиониновой структурой, образованной не более чем двумя из X3, X4, X6, X7, X10, X11 и X13-X19, которые вместе образуют (метил)лантиониновый мостик, и при этом указанный (метил)лантиониновый мостик имеет размер i, i+3, или i, i+4, или i, i+5.
В одном варианте осуществления аналог галанина характеризуется формулой X1-X22, т. е. он содержит все от Х1 до Х22, как определено в данном документе выше. В другом варианте осуществления он представляет собой усеченный по C-концу вариант, лишенный не более чем 10 остатков на C-конце. Например, он характеризуется формулой X1-X12, в которой отсутствуют все 10 остатков от X13 до X22. Другие усеченные варианты включают X1-X13, X1-X14, X1-X15, X1-X16, X1-X17, X1-X18, X1-X19, X1-X20 и X1-X21. Как будет понятно специалисту в данной области техники, вышеупомянутое пояснение относится к аналогу, предусматривающему фрагмент из смежных остатков, например, X1-X13 относится к аналогу, состоящему из X1-X2-X3-X4-X5-X6-X7-X8-X9-X10-X11-X12-X13. Предпочтительными являются варианты, лишенные остатков Х20-Х22.
X1 может быть выбран из рE, G, N, RGRG, RGRGN и RGRGG. В предпочтительном аспекте X1 представляет собой рE или G, более предпочтительно рE. Введение пироглутамата в положении 1 может защитить аналог от гидролиза со стороны N-конца. Кроме того, неожиданно было обнаружено изменение биологической активности аналога в сторону предпочтения передачи сигнала посредством Gal2R. Пироглутаминовая кислота (также известная как PC А, 5-оксопролин, пидоловая кислота или пироглутамат для ее основной формы) представляет собой редкую аминокислоту, производное, в котором свободная аминогруппа глутаминовой кислоты или глутамина циклизируется с образованием лактама. Она представляет собой метаболит в глутатионовом цикле, который превращается в глутамат с помощью 5-оксопролиназы. Пироглутамат встречается во многих белках, в том числе бактериородопсине. N-концевая глутаминовая кислота и остатки глутамина могут спонтанно циклизироваться с образованием пироглутамата.
В другом варианте осуществления лантигаланин лишен X1 на N-конце, необязательно в комбинации с усечением по С-концу не более чем 10 остатков. Соответственно, также предусматривается аналог галанина, характеризующийся формулой Х2-Х22. В дополнительном аспекте в настоящем изобретению предусматривается вариант, содержащий Х2-Х12, Х2-Х13, Х2-Х14, Х2-Х15, Х2-Х16, Х2-Х17, Х2-Х18, Х2-Х19, Х2-Х20, Х2-Х21, т.е. содержащий усечение как по N-концу, так и по С-концу структуры общей формулы Х1-Х22.
Х2 представляет собой WN или WT.
Предпочтительно Х2 представляет собой WN.
Х3 представляет собой L, (me)lan, A, D, V, K, Q,
Х4 представляет собой N, Т или (me)lan,
Х5 представляет собой S или А,
Х6 представляет собой А или (me)lan,
Х7 представляет собой G, (me)lan, А или K.
В одном аспекте Х3 представляет собой L, Х4 представляет собой N, Х5 представляет собой А, Х6 представляет собой А, и/или Х7 представляет собой G,
Х8 всегда представляет собой Y, и Х9 всегда представляет собой L,
X10 представляет собой L, (me)lan или А,
X11 представляет собой G, A, (me)lan,
X12 представляет собой Р или А,
X13 представляет собой Н, (me)lan, V, Q, Р, Q, Е, K, А,
X14 представляет собой A, (me)lan, L, Q, Р, Н, K, I.
Например, X10 представляет собой L, X11 представляет собой G, X12 представляет собой Р, X13 представляет собой Н, и/или X14 представляет собой А,
X15 представляет собой V, (me)lan, Р, F, G, K, А,
X16 представляет собой (me)lan, Р, F, L или G,
X17 представляет собой N, (me)lan, Р, G, S, А,
X18 представляет собой Н, (me)lan, A, L, Р, А,
X19 представляет собой R, (me)lan, L, М, F, А,
Х20 представляет собой R, А,
Х21 представляет собой L,
Х22 представляет собой А.
Лантигаланин по настоящему изобретению содержит (метил)лантиониновый мостик размером i, i+3, или i, i+4, или i, i+5. Таким образом, размер кольца ограничивается размером такого кольца, в котором остатки, участвующие в образовании кольца, расположены на расстоянии двух, трех либо четырех остатков друг от друга. Было обнаружено, что большие размеры кольца отрицательно сказываются на активности. В одном варианте осуществления (метил)лантиониновый мостик имеет размер i, i+3 или i, i+4. В конкретном аспекте (метил)лантиониновый мостик имеет размер i, i+3. Например, кольцо образуется между остатками Х3 и Х6, Х4 и Х7, Х5 и Х8, Х6 и Х9, Х7 и Х10 или Х8 и X11.
Более того, неожиданно было обнаружено, что введение кольца, начиная с положения 13 и после него, можно выполнить без значительной потери активности, при этом обеспечивая изменение рецепторной специфичности при сравнении с галанином дикого типа. Более конкретно, введение (метил)лантионина в С-концевую половину пептида, как было обнаружено, обеспечивает сдвиг в сторону предпочтения GalR2. Соответственно, в одном варианте осуществления два остатка, выбранные из группы, состоящей из Х13-Х19, вместе образуют (mе)лантиониновый мостик. Подходящие пары остатков, образующие кольцевую структуру, включают Х13 и Х16, Х13 и Х17, Х14 и Х17, Х14 и Х18, Х15 и Х18, а также Х15 и Х19. Иллюстративные аналоги представляют собой GalM50, GalM51, GalM52 и GalM75. В предпочтительном варианте осуществления остатки Х20-Х22 отсутствуют, и два остатка, выбранные из группы, состоящей из Х13-Х19, вместе образуют (те)лантиониновый мостик.
2
С-концевая карбоксильная группа аналога галанина в соответствии с настоящим изобретением может находиться в свободной (СООН) или в амидной (CONH) форме. В одном варианте осуществления аналог защищен посредством С-концевого амидирования.
В зависимости от своей структуры аналог галанина по настоящему изобретению может иметь одну специфическую биологическую активность или несколько специфических биологических активностей. В одном варианте осуществления в настоящем изобретении предусматривается аналог, который способен ингибировать продуцирование сAMP в клетках, экспрессирующих рецептор R1 галанина (GalR1). Предпочтительно, продуцирование сАМР ингибируется при значении ЕС50, составляющем менее 200 нМ.
В качестве альтернативы, аналог галанина способен индуцировать рекрутирование бета-аррестина в клетках, экспрессирующих GalR1, при значении ЕС50, составляющем менее 400 нМ.
Аналог галанина способен индуцировать эффлюкс кальция из клеток, экспрессирующих рецептор R2 галанина, при значении ЕС50, составляющем менее 100 нМ, и индуцировать рекрутирование бета-аррестина при значении ЕС50, составляющем менее 5 мкМ.
В предпочтительном варианте осуществления в настоящем изобретении предусматривается циклический аналог галанина, обладающий повышенной способностью стимулировать GalR2 по сравнению с GalR1. Термин "GalR2-специфический агонист" указывает на аналог, способный вызывать ответ в клетке в результате активации GALR2 веществом, но который не активирует (или активирует с меньшей эффективностью) GALR1 и/или GALR3. Способы идентификации того, является ли соединение агонистом рецептора галанина или нет, известны из уровня техники, например, Botella et al. (1995) Gastroenterology 108 3-11 и Barblivien et al. (1995) Neuroreport 6 1849-1852. Иллюстративные GalR2-специфические аналоги включают GalM54 и GalM54tr. Аналог может связываться с GalR2 с аффинностью связывания, составляющей от 0 до 100 мкМ, и/или он обладает специфичностью в отношении GalR2, превышающей более чем в 30 раз таковую в отношении GalR1. Предпочтительно, он обладает специфичностью в отношении GalR2, превышающей более чем в 50 раз таковую в отношении GalR1; более предпочтительно, специфичностью в отношении GalR2, превышающей более чем в 100 раз таковую в отношении GalR1.
В конкретном варианте осуществления аналог галанина выбран из группы, состоящей из:
GWNmelanNAmelanGYLLGPHAVGNHR,
GWNmelanNAmelanGYLLGPHAVGNH,
GWNLNAAmelanYLmelanGPHAVGNHR,
GWNLNAAmelanYLmelanGPHAVGNH,
GWNLNAAlanYLLlanGPHAVGNHR,
GWNLNAAlanYLLlanGPHAVGNH,
GWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNHR,
GWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNH,
GWNLNAAGYLLGAlanAVlan,
GWNLNAAGYLLGAlanAVlanNHR,
GWNLNAAGYLLGAlanAVlanNH,
GWNLNAAGYLLGAmelanAVGmelanHR,
GWNLNAAGYLLGAlanAVGlan,
GWNLNAAGYLLGAlanAVGlanHR,
GWNLNAAGYLLGAlanAVGNlanR,
GWNLNAAGYLLGAlanAVGNlan,
GWNLNAAGYLLGAlanAVGNHlan,
GWNLNAAGYLLGPHmelanVGmelanHR,
GWNLNAAGYLLGPHlanVGlan,
GWNLNAAGYLLGPHAmelanGNmelanR,
GWNLNAAGYLLGPHAlanGNlan,
GWNLNAAGYLLGASlanVGNHlan,
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNHR,
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVGmelanHR,
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNH,
pEWNLNAAGYLLGAlanAVlan,
pEWNLNAAlanYLLlan,
pEWNLNAAGYLLGPHmelanVGmelanHR,
GWNLNAAGYLLGmelanHAmelanG,
GWNLNAAGYLLGPmelanAVmelan,
GWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG,
GWNLNAAGYLLGAmelanAVmelan,
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG,
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelan,
pEWNLNAAGYLLAlanHAlanG,
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanGNHR,
GWNLNAAmelanYLmelanGPHAVGNHR,
pEWNLNAAGYLLGPHAmelanGNmelanR,
GWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG,
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG,
GWNLNAAGYLLGAmelanAVmelan,
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelan,
GWNVNAAGYLLGAmelanAVmelanNHR,
GWNDNAAGYLLGAmelanAVmelanNHR,
GWNNNAAGYLLGAmelanAVmelanNHR,
GWNLVAAGYLLGAmelanAVmelanNHR,
GWNLKAAGYLLGAmelanAVmelanNHR,
GWNLDAAGYLLGAmelanAVmelanNHR,
GWNLQAAGYLLGAmelanAVmelanNHR,
pEWNLNAAGYLLGPlanAVlan,
pEWTLNAAlanYLLlan,
pEWNLNAAGYLLGPmelanAVmelan,
pEWTLNAAmelanYLLmelan.
Особенно предпочтительные аналоги включают:
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanGNHR (GalM50b),
GWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG (GalM89),
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG (GalM89b),
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNHR (GalM54),
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNH (GalM54tr),
pEWNLNAAGYLLGPHAmelanGNmelanR (GalM74b),
pEWNLNAAGYLLGPHmelanVGmelanHR (GalM82),
pEWNLNAAGYLLGPlanAVlan (изомер В 4178В) и
pEWTLNAAlanYLLlan (изомер В 4179В),
pEWNLNAAGYLLGPmelanAVmelan,
pEWTLNAAmelanYLLmelan.
В конкретном варианте осуществления аналог галанина выбран из группы, состоящей из:
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanGNHR (GalM50b),
GWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG (GalM89),
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG (GalM89b),
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNHR (GalM54),
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNH (GalM54tr),
pEWNLNAAGYLLGPHAmelanGNmelanR (GalM74b),
pEWNLNAAGYLLGPHmelanVGmelanHR (GalM82),
pEWNLNAAGYLLGPlanAVlan (изомер В 4178В) и
pEWTLNAAlanYLLlan (изомер В 4179В),
pEWNLNAAGYLLGPmelanAVmelan,
pEWTLNAAmelanYLLmelan.
Также предусматривается фармацевтическая композиция, содержащая по меньшей мере один лантигаланин в соответствии с настоящим изобретением. Дополнительный вариант осуществления относится к аналогу галанина в соответствии с настоящим изобретением для применения в качестве лекарственного препарата. Дополнительный вариант осуществления относится к аналогу галанина, выбранному из группы, состоящей из:
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanGNHR (GalM50b),
GWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG (GalM89),
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG (GalM89b),
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNHR (GalM54),
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNH (GalM54tr),
pEWNLNAAGYLLGPHAmelanGNmelanR (GalM74b),
pEWNLNAAGYLLGPHmelanVGmelanHR (GalM82),
pEWNLNAAGYLLGPlanAVlan (изомер В 4178В) и
pEWTLNAAlanYLLlan (изомер В 4179В), для применения в качестве лекарственного препарата.
pEWNLNAAGYLLGPmelanAVmelan
pEWTLNAAmelanYLLmelan
Также предусматривается фармацевтическая композиция, содержащая аналог галанина, выбранный из группы, состоящей из:
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanGNHR (GalM50b),
GWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG (GalM89),
pEWNLNAAGYLLAmelanHAmelanG (GalM89b),
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNHR (GalM54),
pEWNLNAAGYLLGAmelanAVmelanNH (GalM54tr),
pEWNLNAAGYLLGPHAmelanGNmelanR (GalM74b),
pEWNLNAAGYLLGPHmelanVGmelanHR (GalM82),
pEWNLNAAGYLLGPlanAVlan (изомер В 4178В) и
pEWTLNAAlanYLLlan (изомер В 4179В),
pEWNLNAAGYLLGPmelanAVmelan,
pEWTLNAAmelanYLLmelan.
Лекарственный препарат преимущественно применяют для предупреждения или лечения повреждения, поражения или заболевания головного мозга. Повреждение или поражение головного мозга вызывает одно из следующего: эмболический, тромботический или геморрагический инсульт; прямая или непрямая травма или хирургическое вмешательство на головном мозге или спинном мозге; ишемическое или эмболическое поражение головного мозга в ходе хирургического вмешательства в условиях искусственного кровообращения или почечного диализа; реперфузионное поражение головного мозга после инфаркта миокарда; заболевание головного мозга; иммунологическое нарушение, химическое или радиационное поражение.
Заболевание головного мозга может представлять собой одно из болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, рассеянного склероза или разновидности болезни Крейтцфельда Якоба.
Например, аналог галанина находит свое применение в качестве анксиолитика, антидепрессанта, противосудорожного средства или для нейропротекции. Конкретными предпочтительными состояниями, подлежащими лечению, являются рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера и воспалительное заболевание кишечника.
Также в данном документе предусматривается способ получения циклического аналога галанина в соответствии с настоящим изобретением. В одном варианте осуществления аналог лантионингаланин можно получить путем экструзии серы в присутствии основания из циклического "исходного" аналога, содержащего дисульфидный мостик, в частности из аналогов с дисульфидным мостиком D-Cys-Lr Cys. Например, исходный аналог представляет собой pEWNLNAAdCYLLC, pEWNLNAAGYLLGAdCAVC, pEWNLNAAGYLLGPHdCVGC или pEWNLNAAGYLLGPHAdCGNC, где дисульфидный мостик образован между dC и С-концевым С.
В другом варианте осуществления способ включает стадии
(i) обеспечения пептида (т.е. линейного пептида-предшественника), выбранного из группы, состоящей из:
(ii) индуцирования дегидратации остатка Ser или Thr указанного пептида; и
(iii) индуцирования замыкания кольца путем обеспечения связывания дегидратированного Ser или Thr с тиольной группой остатка Cys указанного пептида.
Стадия (iii) может предусматривать индуцирование замыкания кольца химическими или ферментативными способами. Предпочтительно, она предусматривает ферментативное замыкание кольца. Например, путем использования ферментативной системы (бактериальной) клетки-хозяина, характерной для лантиппептидов, в соответствии со способами, известными из уровня техники.
В случае, если N-концевым остатком пептида является глутамин (Q), способ предпочтительно дополнительно включает обеспечение превращения Q в рE в соответствии со способами, известными из уровня техники, например, как описано в Rink et al. (Journal of Pharmacological and Toxicological Methods 61 (2010) 210-218)
Особенно предпочтительные линейные пептидные последовательности для получения лантигаланина включают:
QWNLNAAGYLLATHACGNHR (например, для получения GalM50b),
GWNLNAAGYLLATHACG (например, для получения GalM89),
QWNLNAAGYLLATHACG (например, для получения GalM89b),
QWNLNAAGYLLGATAVCNHR (например, для получения GalM54),
QWNLNAAGYLLGPHATGNCR (например, для получения
GalM74b), QWNLNAAGYLLGPHTVGCHR (например, для получения GalM82),
QWNLNAAGYLLGPSAVC (например, для получения изомера В 4178В) и
QWTLNAASYLLC (например, для получения изомера В 4179В),
QWNLNAAGYLLGPTAVC (для получения 4178),
QWTLNAATYLLC (для получения 4179).
Также предусматривается выделенная последовательность нуклеиновой кислоты, кодирующая любой из пептидов-предшественников, перечисленных выше, и вектор, содержащий указанную последовательность нуклеиновой кислоты, при этом нуклеиновая кислота генетически слита с последовательностью нуклеиновой кислоты, кодирующей лидерную последовательность лантипептида.
Предпочтительными последовательностями нуклеиновой кислоты являются последовательности, кодирующие одну из следующих пептидных последовательностей:
Особенно предпочтительные нуклеиновые кислоты, кодирующие линейные пептидные последовательности для получения лантигаланина, включают:
QWNLNAAGYLLATHACGNHR (например, для получения GalM50b),
GWNLNAAGYLLATHACG (например, для получения GalM89),
QWNLNAAGYLLATHACG (например, для получения GalM89b),
QWNLNAAGYLLGATAVCNHR (например, для получения GalM54),
QWNLNAAGYLLGPHATGNCR (например, для получения GalM74b),
QWNLNAAGYLLGPHTVGCHR (например, для получения GalM82),
QWNLNAAGYLLGPSAVC (например, для получения изомера В 4178В),
QWTLNAASYLLC (например, для получения изомера В 4179В),
QWNLNAAGYLLGPTAVC (для получения 4178) и
QWTLNAATYLLC (для получения 4179).
Дополнительные варианты осуществления относятся к бактериальной клетке-хозяину, пригодной для пищевой промышленности, предпочтительно клетке-хозяину L. lactis, содержащей вектор в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно содержащей ферменты, способствующие введению лантионина. Например, клетка-хозяин эндогенно содержит ферментативную систему, характерную для лантибиотиков, или ее обеспечивают плазмидой, кодирующей ферменты NisB и NisC, способствующие созреванию, и фермент NisT, способствующий транслокации. Такие клетки-хозяева преимущественно применяют в качестве перорально доставляемой системы для продуцирования in situ лантигаланинов в кишечнике.
Следовательно, настоящее изобретение также относится к фармацевтической композиции, содержащей жизнеспособные клетки-хозяева, содержащие последовательность нуклеиновой кислоты, кодирующую любой из пептидов-предшественников, перечисленных выше, и фармацевтически приемлемый носитель, разбавитель или среду-носитель. Предпочтительно, композиция составлена для перорального введения.
Клетки-хозяева, способные продуцировать лантигаланин in situ, подходящим образом применяют в способе лечения или облегчения симптомов, ассоциированных с воспалительным заболеванием кишечника, например, где заболевание кишечника представляет собой болезнь Крона или язвенный колит (UC)
Терапевтические применения антагонистов GalR1 и GalR3 по настоящему изобретению заключаются в следующем. Предполагается, что галанин играет потенциально важную роль в IBD. Gal1R является единственным рецептором gal, обнаруженным в ткани толстой кишки. Клонирование гена Gal1R выявило множество сайтов узнавания для ассоциированного с воспалением фактора транскрипции NF каппа В. Антагонист, специфичный к GalR1, может привести к новым фармакологическим методам терапии для лечения диареи, возникающей в результате воспаления [Gross 2007 Role of Inflammatory Bowel Disease. Inflamm Bowel Disease 13, 918-32].
-
Сообщалось, что антагонизм в отношении GalR3 снижает проявления панкреатита [Barreto SG, 2011 Galanin receptor 3 a potential target for acute pancreatitis therapy. Neurogastroenterol Motil 23(3):е141-51]. Более того, антагонисты GalR3, судя по всему, действуют как антидепрессанты [Swanson CJ, 2005 Anxiolytic and antidepressant-like profiles of the galanin-3 receptor (Gal3) antagonists SNAP 37889 and SNAP 398299. PNAS 102, 17489-94].
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Фигура 1. Индуцированное иллюстративным аналогом GalM51 рекрутирование β-аррестина посредством GalR1.
Фигура 2. Иллюстративный аналог GalM54 предпочтительно стимулирует рекрутирование β-аррестина посредством GalR2.
Фигура 3. Иллюстративные аналоги GalM51 и GalM52 ингибируют продуцирование с AMP посредством GalR1.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ПРИМЕР 1. Синтез аналогов галанина, стабилизированных лантионином (лантигаланинов)
-
Варианты галанина, содержащие лантионин, получали в соответствии с общепринятыми процедурами, описанными, например, в Kluskens 2005 Post-translational Modification of Therapeutic Peptides by NisB, the Dehydratase of the Lantibiotic Nisin. Biochemistry 44, 12827-12834; Kluskens 2009 Angiotensin-(l-7) with thioether-bridge: an ACE-resistant, potent Ang(1-7) analogue. J. Pharmacol. Exper. Ther. 328, 849-854; Rink 2007c NisC, the cyclase of the lantibiotic nisin, can catalyze cyclization of designed non-lantibiotic peptides. Biochemistry 46, 13179-13189.
Вкратце, применяли Lactococcus lactis, содержащую две плазмидные системы. Первая плазмида кодировала лидерный пептид лантибиотика низина MSTKDFNLDLVSVSKKDSGASPR, С-конец которого был генетически слит с пептидом-предшественником целевого (метил)лантионин-галанина, при этом пептид содержал в положении [i] серин/треонин и в положении [i+3], [i+4] или [i+5] цистеин. Плазмиду, кодирующую слитый пептид, содержащий лидерную последовательность низина и предшественник (метил)лантионин-галанина, совместно экспрессировали в L. lactis со второй плазмидой pIL3BTC плазмидой, кодирующей ферменты NisB и NisC, способствующие созреванию, и фермент NisT, способствующий транслокации. NisB обеспечивал дегидратацию серина или треонина с образованием дегидроаланина и дегидробутирина соответственно. Затем циклаза NisC обеспечивала соединение посредством ковалентной связи дегидроаминокислоты с цистеином с образованием лантионина (lan) или метиллантионина (melan) соответственно. Вторая плазмида кодировала низин с модификацией и ферменты NisBTC, способствующие экспорту.
Практическая процедура получения (Kluskens 2005 Post-translational modification of therapeutic peptides by NisB, the dehydratase of the lantibiotic nisin. Biochemistry 44, 12827-34; Rink 2005 Lantibiotic structures as guidelines for the design of peptides that can be modified by lantibiotic enzymes. 44, 8873-82), выделения и очистки модифицированных вариантов галанина заключалась в следующем.
2
-
Культуру Lactococcus lactis NZ9000 pIL3BTC pNZ-GalM'X' выращивали в течение ночи в бульоне M17 (Difco), дополненном 0,5% глюкозы и антибиотиками хлорамфениколом (5 мкг/мл) и эритромицином (5 мкг/мл). На следующий день 1 мл культуры разбавляли в 100 мл минимальной среды (Jensen PR, Hammer K. 1993 Minimal Requirements for Exponential Growth of Lactococcus lactis. Appl Environ Microbiol 59, 4363-6; Rink 2005 Lantibiotic structures as guidelines for the design of peptides that can be modified by lantibiotic enzymes. 44, 8873-82), дополненной низином (1 мкг/мл). Культуру дополнительно выращивали в течение 24-48 часов. Пептиды из надосадочной жидкости, не содержащей клетки, осаждали в 10% трихлоруксусной кислоте (ТСА) Затем обеспечивали высвобождение пептида галанина из лидерного пептида путем расщепления слитого пептида, растворенного в 40 мМ Трис (рН=8), 100 мМ NaCl, 2 мМ СаСl, с помощью протеазы, представляющей собой фактор Ха (5 мкг), в течение 18 ч. при 30°С. Смесь, полученную в результате расщепления, наносили на колонку Phenomenex С12 250 × 4,6 мм × 4 микрон с применением системы для HPLC HP1050 или системы для HPLC JASCO PU-1580. Пептиды элюировали градиентом с применением в качестве буфера А (0,1% трифторуксусную кислоту (TFA) в milliQ) и буфера В (0,1% TFA в ацетонитриле). Применяемый градиент представлял собой от 10% до 50% буфера В с наклоном 1,14%/мин. Продукты, соответствующие пикам, собирали и высушивали с применением высокоскоростного вакуумного устройства. Пептиды анализировали с помощью масс-спектрометрии после инкубации с тетрафторборатом 1-циано-4-диметиламинопиридиния (CDАР) или без него. Добавление CDАР приводило к сдвигу на +25 дальтон, и имело место при отсутствии замыкания кольца (Rink. 2007с NisC, the cyclase of the lantibiotic nisin, can catalyze cyclization of designed non-lantibiotic peptides. Biochemistry 46, 13179-13189). При необходимости N-концевой пироглутамат (рE) вводили путем инкубации очищенного пептида галанина, содержащего глутамин на N-конце, в течение 18 ч. при 50°С в 50 мМ фосфатном буфере (рН=7,6). Второй прогон HPLC проводили для выделения варианта галанина с пироглутаматом на N-конце. Количественную оценку очищенных вариантов галанина проводили путем сравнения площади пика, характерного для соединения, на хроматограмме HPLC, детектированной при 280 нм, с площадью пика, характерного для известного количества эталона галанина(1-15). Пептиды с метиллантионином ферментативным путем, D,L стереоспецифически были циклизированы с помощью NisC. При введении в пептид лантионина (lan) стереоспецифичность в нем не достигалась, поскольку из-за реакционной способности связывание с высокореактивным дегидроаланином может происходить не только посредством катализа с помощью NisC, но и спонтанно.
ПРИМЕР 2. Активность аналогов галанина, стабилизированных лантионином (лантигаланинов)
Биологическую активность лантигаланинов определяли в клеточных линиях СНО-K1, которые экспрессируют либо рецептор GalR1, либо рецептор GalR2. Измерения активности проводили с применением коммерческих наборов от DiscoverX для определения рекрутирования аррестина (GalR1, GalR2) и ингибирования синтеза cAMP (GalR1). Кроме того, клеточные линии НЕK293, которые экспрессируют рецептор GalR2, применяли в способах из Molecular Probes для измерения эффлюкса кальция (GalR2).
Результаты
Результаты подытожены в таблице 1. Значения указывают ЕС50 аналога, выраженные относительно наблюдаемого для линейного галанина(1-15), значение которого равнялось 1,0. ND означает "не определено".
Неожиданно было обнаружено, что введение (метил)лантионина на С-конец пептида галанина обеспечивает небольшой сдвиг в сторону предпочтения GalR2. В особенности GalM50b, GalM89b, GalM54, GalM87, GalM74b характеризовались предпочтением в отношении стимуляции GalR2. Наличие рE на N-конце, судя по всему, способствовало предпочтению GalR2 некоторыми аналогами (например, GalM50b, GalM89b, GalM74b), но не другими (например, GalM76b).
Более того, предпочтительное положение кольца в отношении активности, по-видимому, находится в С-концевой части. Предпочтительно, кольцо размещали после X12. GalM73, несмотря на то, что содержал кольцо в более центральной части, сохранял некоторую активность. GalM82 представлял особый интерес, поскольку, несмотря на свою низкую активность, он характеризовался малым размером и гидрофобностью, что, весьма вероятно, способствует прохождению через гематоэнцефалический барьер (ВВВ). Кроме того, как N-конец, так и С-конец защищены, и его можно легко синтезировать химически.
Кроме того, GalM92 и GalM94, характеризующиеся замещением L4V и L4N соответственно, имели сравнимую эффективность по отношению к GalR2 подобно GalWtb.
ПРИМЕР 3
Химически синтезированные лантиониновые аналоги галанина, полученные путем экструзии серы в присутствии основания из вариантов с дисульфидными мостиками
Два пептида заказывали у Pepscan в качестве исходного материала.
1) Sym-4178: H-QWNLNAAGYLLGPcAVC-OH.
Этот пептид относится к GalM87. Однако, хотя биологически синтезированный GalM87, вероятно, содержал D,L-лантионин, химическим синтезом получали более одного изомера. Что интересно, один из изомеров, содержащих лантионин, 4178В (таблица 2) был высокоактивным.
2) Sym-4179: H-QWTLNAAcYLLC-OH.
Этот пептид относится к GalM82 (таблица 1). Однако, хотя биологически синтезированный GalM82, вероятно, содержал D,L-лантионин, химическим синтезом получали более одного изомера. Что наиболее интересно, один из них, 4179В (таблица 2), судя по всему, обладал высокой активностью.
Пептид растворяли в 0,3% аммиака. Пептиды инкубировали в течение ночи при 37°С для обеспечения введения лантионина путем экструзии серы в присутствии основания из пептида с дисульфидным мостиком. Различные изомеры могут быть выделены с помощью HPLC, применяя тот же способ, что и для пептидов, полученных биологическим путем. Различные изомеры очищали и лиофилизировали. Сухие пептиды растворяли в 100 мМ фосфатном буфере, рН=7,6, и пептиды инкубировали в течение ночи при 50°С. После осуществления очистки с помощью HPLC пептиды с образованием в виде рE отбирали и применяли в различных анализах по активации рецептора галанина.
Результаты