Lidské karbonátlyázy jsou metaloenzymy, které se účastní mnoha fyziologických pochodů v organismu, ale hrají také roli v patogenezi řady chorob. Karbonátlyáza IX (CAIX) se, na rozdíl od ostatních 15 izoenzymů lidských karbonátlyáz, za normálních podmínek vyskytuje v organismu jen v omezené míře, avšak v hypoxických nádorech je vysoce exprimovaným znakem na povrchu buněk. Z tohoto důvodu je tento enzym dobrým cílem pro terapii a diagnostiku nádorů, a proto jsou proti CAIX vyvíjeny různé specifické inhibitory.
V rámci naší laboratoře je testována řada inhibitorů, mezi něž patří i karboranové inhibitory, tvořené objemnou klecí z atomů bóru, uhlíku a vodíku.
Pro potřebné experimenty jsme heterologní expresí získali dostatečné množství čistého proteinu CAIX, dále CAII enzymu, který slouží jako „off-target“ izoforma, a také hybridní enzym CA29, který tvoří aktivní místo z CAIX izoenzymu obklopené aminokyselinovými zbytky z CAII izoenzymu a umožňuje tak jednodušší krystalizaci. U každého testovaného inhibitoru byla nejprve zjištěna inhibiční konstanta, a to pro obě izoformy CAII i CAIX. Poté byl testován způsob vazby vybraných inhibitorů.
V prezentaci uvádíme poslední pokroky v molekulárním návrhu inhibitorů karboranů a metalakarboranů zaměřených na izoenzym CAIX. Tento enzym, který je spojen s pevnými hypoxickými nádory, patří do nově identifikovaných cílů pro léčbu rakoviny a diagnostiku.
Rozsah aktuálně dostupných modifikací na různých bórových klastrech je shrnut s důrazem kladeným na pokrok v syntéze karboranů a metalakarboranů substituovaných sulfamidem, sulfonamidem a dalšími podobnými skupinami, tj. funkcemi, o kterých je známo, že se pevně váží k atomu zinku v aktivním místě CAIX. Nové generace polyhedrálních inhibitorů CAIX založené na pečlivém výběru borových klecí a optimalizovaných substitucí vykazují významně zvýšené aktivity in vitro s odpovídajícími hodnotami Ki v rozmezí nM až desitek pM. Vztah mezi strukturou a aktivitou (SAR) byl pozorován v malé knihovně cca. 60 diskutovaných karboranů a metalakarboranů.
Tyto výsledky jsou doplněny synchrotronovými strukturami komplexů enzym-inhibitorů a krátkým přehledem farmakologicky významných faktorů jako je vazba plazmatických bílkovin, penetrace buněčné membrány a základní výsledky z toxikologických a farmakokinetických studií (myší model) prováděných na panelu vybraných inhibitorů enzymů CAIX. Kvůli slibným inhibičním vlastnostem jsou tyto sloučeniny primárně považovány za kandidáty na léky použitelné při léčbě rakoviny.
Poděkování: Projekt byl podpořen GAČR, projekt č. 15-05677S a částečně Technologickou agenturou České republiky, projekt č. TE01020028 (farmakologie a testování in vivo). Při práci byla též využita podpora institucionálních výzkumných projektů RVO 68378050, 61388963 a 61388980 Akademie věd České republiky.