Разработка расчетного метода оценки агонистических и антагонистических свойств лигандов опиатных рецепторов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

ОСИПОВА ЕВГЕНИЯ СЕРГЕЕВНА

РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ АГОННСТИЧЕСКИХ И АНТАГОНИСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИГАНДОВ ОПИАТНЫХ

РЕЦЕПТОРОВ

02 00 03 - органическая химия 02 00 04 - физическая химия

Автореферат на соискание ученой степени кандидата химических наук

0031-76804

Москва - 2007

003176804

Работа выполнена в Федеральном Государственном унитарном предприятии «Государственный научно-исследовательский институт органической химии и технологии» (ФГУП «ГосНИИОХТ»)

Научные руководители

доктор химических наук, начальник лаборатории ФГУП «ГосНИИОХТ» Кузьмин В С кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Кузьмина Н Е

Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор,

начальник лаборатории ФГУП «ГосНИИОХТ» Малекин С И

кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник кафедры органической химии Химического факультета

Московского государственного университета им М В Ломоносова Баскин И И

Ведущая организация ФГУ «27 Научный центр МО РФ»

Защита состоится 14 декабря 2007 г в 11 ч 00 мин на заседании Диссертационного совета Д501 001 97 по химическим наукам в Московском государственном университете им М В Ломоносова по адресу 119992, Москва, Ленинские горы, МГУ, Химический факультет, аудитория 446

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета Московского государственного университета им М В Ломоносова

Автореферат разослан 12 ноября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук

Кардашева Ю С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы В современной фармакологии, занимающейся проблемами решения наркотической и алкогольной зависимости, одной из актуальных задач является поиск лигандов опиатных рецепторов (ОР) с заданным соотношением агонистических и антагонистических свойств Вопросы антагонистического действия опиатных и синтетических препаратов приобрели актуальность и стали активно разрабатываться в 80-е годы в связи со значительным распространением наркомании в мире и проблемами ее лечения

Поиск антагонистов ОР происходит одновременно с поиском новых анальгетиков -агонистов ОР и смешанных агонистов - антагонистов Опиатные анальгетики остаются самыми эффективными из всех применяемых в практической медицине Они являются основной группой болеутоляющих средств, применяемой при сильных болевых синдромах, связанных с травмой, хирургическими операциями, заболеваниями внутренних органов, опухолевыми процессами, при выведении из состояния болевого шока и т п Основной недостаток существующих опиатных анальгетиков - наркотический эффект, поэтому активно ведется поиск новых опиатных анальгетиков с улучшенными анальгетическими свойствами, с большей широтой терапевтического эффекта (ХЛ^о/ЕО-и), увеличенной продолжительностью действия и значительно меньшей способностью вызывать привыкание

Созданию лигандов ОР с заданным соотношением агонистических - антагонистических свойств способствует понимание молекулярных механизмов взаимодействия лигандов с рецепторами и формирования их биологического отклика

В этой связи широкое применение находят методы молекулярного моделирования взаимодействия «лиганд - рецептор» с использованием экспериментальных данных о моделируемом объекте Молекулярное моделирование обладает рядом достоинств Это -применимость в тех случаях, когда эксперимент затруднен или трудо - и финансово - затратен Метод удобен простотой и доступностью требуемого оборудования (компьютерная техника) и наглядностью получаемых данных

Молекулярное моделирование лигандов ОР эффективно при наличии максимально полной информации о фармакофоре - совокупности пространственных и электронных особенностей, которые необходимы для обеспечения оптимальных супрамолекулярных взаимодействий со структурой специфической биологической мишени, приводящих в действие ее биологический отклик Предлагаемые в литературе модели опиатного фармакофора (ОФ) применимы либо к отдельным структурным классам лигандов ОР, либо к лигандам, обладающим определенной селективностью действия к ОР До настоящего времени не разработана общая модель фармакофора, применимая ко всем типам лигандов ОР, независимо

от химического и структурного класса лиганда, от селективности его действия на рецепторы, от соотношения агонистических - антагонистических свойств Другим недостатком большинства предлагаемых в литературе моделей ОФ является то, что они не учитывают молекулярную геометрию лигандов, топологию расположения структурных фрагментов лигандов, взаимодействующих с ОР в молекулярном пространстве Связывание лиганда с рецепторами идет по принципу "ключ-замок" и зависит от структурной совместимости лиганда с комплементарным участком рецептора, поэтому молекулярная геометрия лигандов является одной из основополагающих причин наличия у них биологической активности Знание топологии структурных фрагментов лигандов, взаимодействующих с ОР, наряду с пониманием природы этих взаимодействий, очень важно для выяснения причин возникновения сродства лигандов к рецептору, формирования биологического отклика и специфичности их действия В работе предпринята попытка создания универсальной ЗО-модели ОФ, что позволит синтезировать лиганды ОР с заданным соотношением агонистических - антагонистических свойств

Актуальность данной диссертационной работы обусловлена огромной потребностью в новых лекарственных препаратах для лечения наркотической зависимости, а также в эффективных, безопасных анальгетиках

Цель работы Целью работы являлось создание универсальной ЗО-модели ОФ, объясняющей соотношение агонистических и антагонистических свойств различных типов лигандов ОР Предлагаемая в диссертационой работе модель ОФ представляет собой совокупность не конкретных функциональных групп или структурных фрагментов, а абстрактных молекулярных областей, определенным образом ориентированных в пространстве и характеризующихся определенным набором электронных свойств Эта универсальная ЗЭ-модель описывается набором фармакофорных дескрипторов, определяющих не только пространственное расположение мест связывания лиганда с ОР, но и способность к образованию водородных связей, к гидрофобным, электростатическим взаимодействиям и т д Научная новизна работы На основе анализа экспериментальных данных о соотношении агонистической - антагонистической активности лигандов ОР

1) предложена классификация взаимодействий лигандов с ОР, объясняющая существование «чистых» агонистов, «чистых» антагонистов и смешанных агонистов — антагонистов

2) разработана новая методология построения ЗЭ-модели ОФ

3) определена природа агонистических и антагонистических взаимодействий и области их реализации в молекулярном пространстве лиганда ОР

4) разработана универсальная ЗБ-модель ОФ, объясняющая соотношение агонистических - антагонистических свойств лигандов различных структурных классов

5) предложены геометрические критерии оценки сродства и соотношения агонистических - антагонистических свойств при моделировании новых типов лигандов ОР Практическая значимость Расчетный метод оценки агонистических и антагонистических свойств, основанный на геометрическом подходе к исследованию опиатной активности, можно использовать при целенаправленном синтезе лекарственных препаратов для лечения наркотической и алкогольной зависимости и создании новых эффективных и безопасных обезболивающих средств, сведя к минимуму дорогостоящие и трудоемкие экспериментальные исследования

Апробация работы Материалы диссертации были представлены на Российских национальных конгрессах "Человек и лекарство" (XII-XIV в 2004-2007 гг ), на международной конференции «New Molecular Targets for Drug and Discovery The Perspectives ot Integrating Russian Scientists into International Cooperation» (2006 г), на IV международном симпозиуме «Computational methods m toxicology and pharmacology integrating internet resources» (2007 г ), на расширенном семинаре кафедры химии нефти и органического катализа МГУ (2005 г)

Публикации По теме диссертации опубликовано 4 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, заключения, выводов, списка цитируемой литературы Диссертация содержит 25 таблиц, 53 рисунка Работа изложена на 136 страницах основного текста Список литературы включает 217 публикаций

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Литературный обзор

Глава 1 литературного обзора посвящена ОР и лигандам ОР В ней рассматривается строение различных типов ОР, физиологические проявления их активации, дается понятие лигандов ОР, их классификация в фармакологическом аспекте и по химическому строению, приводятся теоретические представления о механизмах рецептирования лигандов ОР В главе 2 рассматриваются вопросы компьютерного моделирования лигандов ОР и изучения лиганд -рецепторных взаимодействий расчетными методами В главе 3 анализируется развитие геометрического подхода к изучению соотношения агонистических - антагонистических свойств лигандов ОР В главе 4 рассматриваются существующие в литературе модели ОФ

II. Экспериментальная часть II1 Методология создания ЗО-модсли ОФ

Разрабатываемая фармакофорная модель представляет собой набор абстрактных молекулярных областей, определенным образом расположенных в молекулярном пространстве, в которых осуществляются лиганд - рецепторные взаимодействия Переход от конкретных структурных фрагментов к молекулярным областям делает модель универсальной, то есть позволяет применить ее к лигандам ОР различных структурных классов

Разделение молекулярного пространства на области, в которых реализуются различные типы лиганд - рецепторных взаимодействий, требует четкой классификации этих взаимодействий Используемая в литературе классификация лиганд - рецепторных взаимодействий на «адресные» и «взаимодействия ~ послания» не объясняет существование лигандов с различным соотношением агонистических и антагонистических свойств, а также не учитывает пространственные особенности взаимодействий Предлагаемая в работе классификация лиганд - рецепторных взаимодействий базируется на теории существования различных позиций агонистов и антагонистов в зоне рецептирования ОР С этой точки зрения все взаимодействия «лиганд - рецептор» можно разделить на 3 типа

1) агонистические взаимодействия, которые реализуются в агонистической позиции зоны рецептирования ОР, «фиксируют» молекулу лиганда в этом положении и превращают ее в «чистый» агонист,

2) антагонистические взаимодействия, которые реализуются только в антагонистической позиции зоны рецептирования ОР «фиксируют» молекулу лиганда в этом положении и превращают ее в «чистый» антагонист,

3) аффинные взаимодействия, которые реализуются независимо от того, какую позицию занимает молекула лиганда в зоне рецептирования ОР Они влияют исключительно на сродство лиганда к ОР

Предложенная классификация объясняет соотношение агонистических и антагонистических свойств лигандов ОР Соединение является «чистым» агонистом, если оно участвует в аффинных и агонистических взаимодействиях с рецептором, «чистым» антагонистом - если участвует в аффинных и антагонистических взаимодействиях, проявляет смешанные агонистические - антагонистические свойства при отсутствии агонистических и антагонистических взаимодействий и наличии только аффинных взаимодействий

Для характеристики расположения фармакофорных областей в молекулярном пространстве мы предложили использовать набор геометрических параметров - аналог Ъ-матрицы Значения этих параметров определяли для молекул в их биоактивных конформациях В качестве обучающей выборки биоактивных молекулярных конформаций мы использовали конформации «жестких» лигандов, в которых взаимное расположение фармакофорных элементов, взаимодействующих с ОР, фиксировано вследствие отсутствия вращательных степеней свободы в молекуле лиганда (обучающая выборка, табл 1) К конформационно «жестким» мы также отнесли молекулы 4-фенилпиперидинов и производных изохинолина с фиксированной конфигурацией хиральных центров и фиксированной конформацией пиперидинового цикла

Таблица 1. - Конформационно «жесткие» молекулы лигандов ОР

4,5-эпоксиморфинаны производные дигидроморфона

производные орипавина

К, О

производные бупренорфина

пирроломорфинаны

морфинаны

морфинан-6-кетоны

1*2

5-арилморфаны

4-фенилпиперидины

И +

бензо^]-изохинолины

3 -экзофенилтропаны

индoлo[g]-изoxинoлины

н

л

Е1

ИЗОХИНОЛИНЫ

спиро[бензофуран-3 (2Н),4' пиперидины]

Далее на конформационно «гибких» молекулах (контрольная выборка, табл 2) мы проверяли возможность реализации значений геометрических параметров биоактивных конформаций, выявленных на конформационо «жестких» лигандах, учитывая при этом величину изменения энергии информационных состояний

Таблица 2. - Конформационно «гибкие» молекулы лигандов ОР

ИзС.

НзС'

>

оож

-РЬ

РЬ

метадон

„сн3

\ //

он

трамадол РЬ

РЬ

дипипанон

РЬ Е(;

Е^С

РЬ ОСОСНз

ацетилметадол

НзС.

V

НзС

^ОСОЕЬ ^РЬ

дезоцин РЬ

-ОЭЕЬ

/

РЬ

пропоксифен

РЬ

фенадоксон

фентанил

суфентанил

N

i

EtOC COOCH,

карфентанил

CH, H N

ICI 199 441

EtOC соосн,

лофентанил

Ph

асимадилин

DuP 747

Структурные фрагменты, занимающие одинаковые области молекулярного пространства, определяли, используя метод суперпозиции трехмерных структур Суперпозицию различных молекул лигандов ОР осуществляли путем совмещения в пространстве протонированных атомов азота и его ближайшего окружения

Электронные особенности фармакофорных фрагментов, занимающих фармакофорные области, определяли, рассчитывая набор молекулярных дескрипторов с использованием трехмерных структур молекул лигандов ОР Расчеты осуществляли с использованием программы «Material Studio-3 2» фирмы Accelrys Оптимизацию геометрических параметров проводили в два этапа сначала методом молекулярной механики (параметризация ММ+), затем полуэмпирическим методом с использованием параметризации РМЗ Оптимизация геометрии считалась законченной при достижении нормы градиента менее 0,1 ккал/мольхА При расчете термодинамических характеристик применяли параметризацию AMI Влияние среды учитывали с помощью метода COSMO

Исследование связи между агонистической (антагонистической) активностью лигандов и молекулярными дескрипторами осуществляли методами математической статистики с использованием программы "STATISTICA" (версия 5 5)

II 2 Аффинные области ОФ

Ключевыми фармакофорными элементами в лигандах ОР являются протонированный атом азота и фенильное кольцо Атом азота обуславливает электростатическое взаимодействие с анионной группой ОР, дополняемое водородным связыванием, а фенильное кольцо участвует в я-я взаимодействии с комплементарным участком рецептора Мы исследовали, какие свойства ключевых структурных фрагментов лигандов ОР являются аффинными, а какие

влияют на выбор молекулой положения в зоне рецептирования ОР и, следовательно, на способность вызывать биологический отклик

11.21.Определение типа взаимодействий ключевых структурных фрагментов

лигандов с ОР

В работе использовали однородные экспериментальные данные по фармакологической активности (величины ЕБзо и АПэо) ЕВ50 - доза, вызывающая анальгетический эффект у 50% животных из опытной группы, а АВ5(| - доза, вызывающая 50% понижение анальгетического эффекта от дозы ЕОзо агониста

Объекты исследования были разделены на несколько реперных рядов

• ряд А - соединения, проявляющие агонистические свойства, у которых величины Е^о измерялись методом судорог при подкожном введении препарата (синяя сплошная линия на графиках),

• ряд В - соединения, проявляющие агонистические свойства, у которых ЕБбо измерялись методом горячей пластины при подкожном введении препарата (красная пунктирная линия на графиках),

• ряд С - соединения, проявляющие антагонистические свойства, величины АВ50 измерялись методом прищемления хвоста при подкожном введении препарата),

• ряд О - соединения, обладающие аффинностью к ОР и являющиеся потенциальными антагонистами, то есть содержащие типичные «антагонистические» заместители при атоме азота (величины АО.-,о измерялись методом прищемления хвоста при подкожном введении препарата)

Изучали следующие свойства ключевых фармакофорных элементов основность атома азота, электроноакцепторные свойства протонированного атома азота и его ближайшего окружения («катионной головки») в молекуле, способность заместителя фенильного кольца к образованию водородной связи в качестве донора протонов, электронные свойства фенильного фрагмента, объем, площадь поверхности, овальность заместителя в фенильном фрагменте, его копланарность плоскости фенильного кольца Эти свойства описывались соответствующим набором молекулярных дескрипторов

Для оценки основности атома азота рассчитывали энтальпию образования протонированной и нейтральной молекул лигандов ОЗЬИ^ = ДН1{МН+)-ДЩМ)-ДЩН+) где 081Ч_Н - основность атома азота, ДН({МН+) - энтальпия образования протонированной молекулы, ДЩМ) - энтачьпия образования нейтральной молекулы, ДЕурГ) - энтальпия образования протона

Для оценки электроноакцепторных свойств «катионной головки» рассчитывали величины индексов граничной электронной плотности (Еь1ШМ0)

10

FiatLUM0 C(i)=Z(CLUMO(n))2/1 Elumo I

где Сщмо<п) - коэффициент атомной орбитали п атома C(i) в LUMO, Elumo - энергия низшей свободной граничной орбитали

Для оценки электронных свойств фенильного фрагмента лигандов ОР проводили расчет индексов граничной электронной плотности (FatHOMO и Fat1"1®10) атомов фенильного кольца и атомов заместителя, копланарных плоскости фенильного кольца и участвующих в сопряжении с ним в протонированной форме молекул и в ассоциате «лиганд - фрагмент ОР»

FatHOMO С(0=Е(Сномо(п))2/1 Еномо I, FatLUM0 C(i)=£(Clumo(ii))2/ I Elumo I где Сномо<п) - коэффициент атомной орбитали п атома C(i) в HOMO, Clumow - в LUMO

Способность заместителя фенильного фрагмента к водородному связыванию (ДНн-св) оценивали как выигрыш в энергии при образовании водородной связи в модельной системе «протонированная молекула лиганда - молекула воды», где молекула воды рассматривалась как акцептор протонов

Овальность заместителя О^д оценивали как отношение площади поверхности фрагмента к площади поверхности сферы того же объема, что и фрагмент Площадь поверхности Ssub и объем заместителя Vsub в фенильном кольце рассчитывали по аддитивным схемам - как сумму вкладов отдельных атомов данного фрагмента Степень копланарности заместителя плоскости фенильного кольца, характеризующую его ориентацию в пространстве, оценивали как сумму максимальных отклонений атомов заместителя от средней плоскости фенильного кольца и рассчитывали по формуле D_A=dx+d2,

где di и d2 - максимальные отклонения атомов заместителя в противоположные стороны от средней плоскости фенильного кольца в Ä

Было установлено существенное различие в электронных свойствах фенильного фрагмента в зависимости от ионного состояния лиганда (катион, ассоциат «катион лиганда -анионный фрагмент рецептора») В протонированных молекулах атомы фенильного фрагмента проявляют электронодонорные свойства, так как дают вклады только в HOMO (рис 1) В ассоциате «лиганд - фрагмент ОР» вклады атомов фенильного фрагмента в HOMO незначительны, а вклады в LUMO - существенны (рис 2), следовательно, фенильный фрагмент проявляет электроноакцепторные свойства.

V VII IX XI XIII XV XVII °.i«b _ соединения

0.14-| 0.12 0.1 0.080.06 0.04 0.02 0

I III V VII

X XI XIII XVI п соединения

Рисунок 1. - Индексы граничных Рисунок 2. - Индексы граничных электронных плотностей фенильного электронных плотностей в ассоциате фрагмента в протонированных молекулах «лиганд-фрагмент ОР». лигандов ОР.

Анализ взаимосвязи «биологическая активность - молекулярный дескриптор» проводили в два этапа: сначала методом корреляционного анализа устанавливали наличие и степень взаимозависимости между молекулярными дескрипторами и величинами АЭ^ и ЕО50, затем методом регрессионного анализа определяли форму установленных зависимостей.

Установлено, что существует заметная обратная связь между В1)5о (АОзо) и основностью атома азота, электроноакцепторными свойствами «катионной головки» в протонированной молекуле, электронодонорными свойствами фенильного кольца в протонированной молекуле, способностью заместителя фенильного кольца образовывать Н связь (рис.3-6). Следует отметить, что, хотя в рядах А к В парные коэффициенты корреляции ЕОбо - молекулярный дескриптор близки между собой, скорость спада кривой зависит от метода измерения ЕО50.

162 164 166 166 170 172 174 176 178 100

а) Ь)

Рисунок 3. - Зависимость ЕО50 (а) и АГ^о (Ь) от основности атома азота.

0.060 0.062 0.064 0.»

0.070 0.072 0.074 0.076

а) Ь)

Рисунок 4. - Зависимость К1)5(, (а) и А1)50 (Ь) от электроакцепторных свойств протоннрованного атома азота и его ближайшего окружения.

Ь)

а)

Рисунок 6. - Зависимость ЕО50 (а) и Л1)5о (Ь) от способности заместителя фенильного фрагмента к образованию Н-связи в качестве донора протонов.

Рисунок 5. Зависимость ЕГ)50 (а) и ЛГ)50 (Ь) от электронодонорных свойств фенильного фрагмента в протонированной молекуле.

Одинаковые формы зависимостей для агонистов и антагонистов свидетельствуют о том, что электронные свойства фенильного кольца и протонированного атома азота влияют только на аффинность лиганда, и не влияют на соотношение агонистических и антагонистических свойств.

При изучении влияния размера, формы и ориентации заместителя фенильного кольца на соотношение агонистических и антагонистических свойств было найдено, что некопланарность заместителя плоскости фенильного кольца препятствует проникновению лиганда вглубь зоны рецептирования, что ведет к исчезновению антагонистических свойств лиганда (рис.7).

Выход атомов заместителя из плоскости фенильного кольца больше чем на 2А ведет к исчезновению антагонистических свойств.

Рисунок 7. - Зависимость антагонистических свойств от выхода атомов заместителя из плоскости фенильного кольца.

Анализ свойств ключевых фармакофорных элементов лигандов ОР позволяет сделать следующий вывод: взаимодействия, в которых участвуют протонированный атом азота и фенильное кольцо, происходят одновременно и являются аффинными. Однако ориентация заместителя фенильного кольца оказывает влияние на способность молекулы занять антагонистическую позицию в зоне рецептирования.

11.2.2. Геометрические особенности взаимного расположения аффинных областей в биоактивных конформациях лигандов ОР

Протонированный атом азота и фенильное кольцо по-разному ориентированы относительно друг друга в пространстве в молекулах различных лигандов: фенильный фрагмент может быть ориентирован аксиально относительно пиперидинового цикла (каркасные структуры) или экваториально (5-арилморфаны, большинство 4-фенилпиперидинов). Молекулярные области, занимаемые протонированным атомом азота, аксиально ориентированным фенильным кольцом и экваториально ориентированным фенильным кольцом назовем афинными областями А, В и С.

Для характеристики взаимного расположения областей молекулярного пространства, в которых реализуются те или иные лиганд-рецепторные взаимодействия, в работе предложен набор геометрических параметров - аналог г-матрицы: расстояние «центр фенильного кольца -

атом азота» (Лстт), расстояние «центр фенильного кольца - аммониевый атом водорода» (Ксемн), угол «атом азота - центр фенильного кольца - аммониевый атом водорода» (^ИСеШН), торсионный угол «центр фенильного кольца - ближайший к фенильному кольцу атом X алкильного мостика, соединяющего его с протонированным атомом азота - атом азота -аммониевый атом водорода» (^СеШХЫН) Для соединений, в которых фенильное кольцо является заместителем пиперидинового цикла, Х=С(4) пиперидинового цикла Протяженность алкильного мостика - 3 одинарных связи Исключение составляют молекулы анилидопиридинов, у которых цепочка, соединяющая фенильный фрагмент и протонированный азот, удлиняется на атом азота Для характеристики взаимной ориентации связи N-11 и п-орбиталей фенильного кольца использовали еще один геометрический параметр - двугранный угол между плоскостью фенильного кольца и плоскостью через аммониевый атом водорода и его ближайшее окружение (РЬ/ССС) На конформационно «жестких» лигандах ОР установлено, что расположение аффинных областей В и С относительно аффинной области А характеризуется следующими наборами геометрических параметров Ясины = 4,4-5,0 и 5,5+5,7А, Ясетн = 5,1-5,7 и 5,4+5,7А, ^СепШ = 7-9 и 7+10°, ¿СайХГШ = 178+195 и -7+15° для областей В и С соотвественно Характерная особенность биоактивных конформаций -перпендикулярная направленность я-взаимодействия и Л-Н связывания (величина двугранного угла РЬ/ССС близка к 90°) На конформационно «гибких» молекулах проверили возможность реализации значений геометрических параметров, выявленных на конформационо «жестких» лигандах Установлено, что «гибкие» молекулы могут принимать конформации «жестких» структур без существенных энергетических затрат

11.2.3. Электронные особенности аффинных областей ОФ Методом суперпозиции трехмерных структур (использовали 74 молекулы лигандов ОР различных структурных классов) было найдено, что в аффинных областях В к С могут располагаться различные структурные фрагменты фенильное кольцо, карбонильная, карбоксильная, амидная, гидроксильная, эфирная группы и т д Электронные свойства структурных фрагментов, заполняющих области Я и С, оценивали двумя способами Донорно-акцепторные свойства в орбигально - контролируемых реакциях оценивали путем расчета индексов граничной электронной плотности Донорно - акцепторные свойства в контролируемых зарядом реакциях оценивали на основе зарядового распределения на атомах Установлено, что в большинстве случаев структурные фрагменты, занимающие области В к С, проявляют электронодонорные свойства Большинство из этих фрагментов содержат полярные группы, которые могут образовывать водородные связи с рецептором, следовательно, являются гидрофильными

Таким образом, биоактивной конформацией считаем конформацию, в которой аффинные фармакофорные области В и С максимально заполнены гидрофильными, электронодонорными структурными фрагментами Структурные фрагменты, занимающие аффинные фармакофорные области, назовем аффинными фармакофорными элементами

На основе анализа литературных данных о соотношении агонистических и антагонистических свойств энантиомеров соединений различных структурных классов с использованием метода суперпозиции молекул в их биоактивных конформациях были выделены две агонистические области 2) и Е, в которых реализуются агонистические взаимодействия Область О расположена вблизи экваториально ориентированного заместителя в 3-м положении пиперидинового цикла со стороны рго-411 (рго-4Я и рго-45 - обозначения энантиотопных сторон пиперидинового цикла, предложенные Портогезе)

В агонистическую область 2) (рис 8) попадают

а) концевая Ме-группа аксиально ориентированного заместителя в 4-м положении пиперидинового цикла (Рг, ОСХЖ, СООЕ1, СОЕ^,

б) р-углеводородный фрагмент экваториально ориентированного заместителя в 3-м положении на стороне про-4Я пиперидинового цикла,

с) концевая метальная группа в КГ-СОЕ1 и С-СХЖ заместителях производных фентанила и метадона

113. Агонистические области ОФ

--- о

(+)-пиценадол

меперидин

десметилпродин

(-)-1,3р-диметил-3-(т-гидроксифенил)пиперидин

Me

фентанил

Рисунок 8. - Агонистическая область D в молекулах лигандов ОР

Вторая агонистическая область - Е расположена значительно ближе к катионной головке, чем область D. В этой области расположены аксиально ориентированный заместитель во 2-м положении пиперидинового цикла на стороне pro-4R, которому в каркасных морфиноподобных молекулах соответствует метиленовый фрагмент С(10) или С(1) в бензоморфанах, а-метильная группа производных метадона (рис 9)

Ph

меООС

метиловый эфир 2-экзо-фенилтропан-З-экзо-карбоновой кислоты

метазоцин

морфин

Рисунок 9. - Агонистическая область Е в молекулах лигандов ОР

Поскольку в агонистические области D и Е попадают алифатические фрагменты, очевидно, что природа агонистических взаимодействий лиганда с ОР гидрофобная Гидрофобные структурные фрагменты, занимающие агонистические фармакофорные области, назовем агонистическими фармакофорными элементами

Для характеристики расположения областей D и Е в молекулярном пространстве используем те же геометрические параметры, что и для характеристики аффинных областей АС RcentN, Rcen«, .¿NCentH и ZCentXNH (Cent - центр тяжести структурного фрагмента, занимающего область D или Е) Установлено, что значения этих параметров в молекулах

лигандов различных структурных классов меняется в узком интервале RcentN = 4,2-г4,7 и 2,4+2,6Â, RcentH = 4,9+5,3 и 3,3-3,5Â, ZNCentH = 8-10 и 10-11°, ZCentXNH = -117-137° и -139 +• -158° для областей D и Е соответственно Следует отметить, что агонистические фармакофорные области D и Е расположены достаточно близко друг от друга в молекулярном пространстве, одновременное их заполнение фармакофорными элементами невозможно из-за стерических препятствий Вследствие этого в биоактивных конформациях молекул лигандов ОР может быть заполнена только одна из агонистических фармакофорных областей (D или Е)

В работе сделано предположение, что область реализации агонистического взаимодействия лиганда с ОР определяет влияние природы N-заместителя на соотношение агонистических - антагонистических свойств Так, область D располагается вдали от «катионной головки» (RcentN=4,2-4,7Â), поэтому заместитель при атоме азота не влияет на агонистическое взаимодействие в области D с ОР Область Е, в отличие от области 2>, находится вблизи «катионной головки» (RcentN=2,5-2,6Â), поэтому N-заместитель определенной длины (3-4 углеродных атома) может ее экранировать и препятствовать агонистическому взаимодействию с ОР Поэтому изменение природы N-заместителя влияет на соотношение агонистических - антагонистических свойств в ряду тех структурных классов лигандов ОР, где агонистическое взаимодействие с ОР осуществляется в области Е (каркасные морфиноподобные соединения) и не влияет на соотношение указанных свойств в ряду тех структурных классов, где агонистическое взаимодействие осуществляется в области D (3- и 4-фенилпиперидины, 4-анилидопиперидины, 3,3-дифенилпропиламины и т д ) II.4. Антагонистическая область ОФ С позиции существования агонистических и антагонистических взаимодействий для проявления лигандом ОР только антагонистической активности, необходимо

1) отсутствие агонистических взаимодействий,

2) наличие антагонистических взаимодействий

Устранить агонистические взаимодействия можно несколькими способами Один из способов заключается в изменении молекулярной конформации таким образом, чтобы фармакофорный элемент, участвующий в агонисгическом взаимодействии, вышел из агонистической фармакофорной области (изменение ориентации фармакофорного элемента в молекулярном пространстве вследствие внутримолекулярных взаимодействий или стерических препятствий, сокращение длины углеродной цепочки заместителя, из-за чего он выходит из агонистической области и т д ) Другой путь - ввести в молекулу дополнительный структурный фрагмент, который экранировал бы агонистическую область, делая ее недоступной для связывания с ОР Примером структурных фрагментов, экранирующих область агонистического

взаимодействия, являются типичные антагонистические заместители при протонированном атоме N аллильный, циклопропилметильный, циклопропилбутильный, пропильный

Назовем ориентацию ^заместителя, при которой он экранирует агонистическую область Е, антагонистической На рис 10 приведена конформация М-аллилнорметазоцина с антагонистической ориентацией аллильного фрагмента (в бензморфанах в область Е попадает метиленовый фрашент С(1)Н2) Антагонистическую ориентацию И-аллильной группы охарактеризуем набором торсионных углов С(2)1Ч(3)С(1 )С(2 ) = 100°, N(3)0(1 )С(2 )С(3 )= -120° При таком положении аллильного фрагмента расстояние между атомами М-заместителя и ближайшими атомами С и Н молекулы близко к сумме Ван-дер-ваальсовых радиусов

Рисунок 10 - Конформация М-аллилнорметазоцина с антагонистической ориентацией аллильного фрагмента.

При отсутствии стерических затруднений ^заместитель является конформационно лабильным, следовательно, конформация молекулы с антагонистической ориентацией № заместителя не является единственно возможной Можно предположить, что вклад конформации с антагонистической ориентацией ^заместителя будет высок в случае реализации внутримолекулярного взаимодействия, фиксирующего ^заместитель в его антагонистической ориентации Поскольку все перечисленные антагонистические заместители являются углеводородными фрагментами, наиболее вероятное взаимодействие с их участием -гидрофобное Аллильный и циклопропилметильный заместители могут также участвовать во взаимодействии с переносом заряда, так как содержат двойную (аллильный) и «банановые» (циклопропилметильный) связи На примере циклазоцина, М-аллилнорметазоцина, И-пропилнорметазоцина и №циклобутилметилнорметазоцина мы количественно оценили

II41 Роль типичных антагонистических заместителей в возникновении антагонистических взаимодействий

возможность участия М-циклопропилметильного, аллильного, пропильного, и циклобутилметильного заместителей в гидрофобном взаимодействии и "Ы-аллильного, циклобутилметильного заместителей - во взаимодействии с переносом заряда

Электронные свойства Ы-заместитедей, определяющие их способность к взаимодействию с переносом заряда, оценивали с помощью индексов граничной электронной плотности Расчеты показали, что индексы граничной электронной плотности атомов Л-заместителя, не входящих в «катионную головку», близки к нулю

Для оценки способности типичных антагонистических 1Ч-заместителей к гидрофобному взаимодействию использовали различия в величине энергии переноса из воды в белок молекул с ]Ч-заместителем (N-11) и без И-заместителя (Ы-Н) (ДЕк,*) Энергию переноса молекулы из воды в белок ДЕи рассчитывали как разность полных энергий молекул в водной и белковой средах В табл 3 представлены энергии переноса из воды в белок молекул норметазоцина и его аналогов с М-пропильным, циклопропилметильным, циклобутилметильным и алляльным заместителями

Таблица 3 - Способность к гидрофобному взаимодействию ]Ч-заместителей производных норметазоцина

Молекула и N11 С3Н7 И-СНг- С3Н5 1\-СН2-С4н7 ]\-СН2-СН=СН2

? ДЕ1М(ккал/моль) 21 23 18 10 18 22 18 01 18 35

ДЕю^ккал/моль) 0 -3 13 -3 01 -3 22 -2 88

ИЛ) ,сн- ДЕ101К/п(ккал/моль) -1 043 -0 752 -0 644 -0 96

но

ДБ« - полная энергия переноса из воды в белок всей молекулы, ДЕ10,К - полная энергия переноса из воды в белок И-заместителя,

- полная энергия переноса из воды в белок отдельного углеводородного фрагмента

Видно, что все рассмотренные заместители способны к гидрофобному взаимодействию перемещение типичных антагонистических заместителей из водного в неполярное окружение характеризуется отрицательным значением ДЕИ1К Поскольку во внутимолекулярном гидрофобном взаимодействии с агонистической областью Е участвует не весь И-заместитель, а отдельные фрагменты, ориентированные в направлении этой области, целесообразно при оценке способности заместителя к такому гидрофобному взаимодействию оперировать энергией переноса из водной в белковую среду отдельного углеводородного фрагмента ДЕшк/п (п - число атомов углерода в И-заместителе) Следует отметить, что величина ДЕ,01К/п является усредненной, в действительности, способность к гидрофобному взаимодействию уменьшается в ряду СН3>СН2>СН Установлено, что отрицательное значение энергии переноса из воды в

белок отдельного углеводородного фрагмента 1М-заместителя максимально в случае пропильного заместителя и минимально в случае циклобутилметильного заместителя

Таким образом, вклад конформации с антагонистической ориентацией 14-циклобутилметильноГо заместителя существенно меньше, чем в случае Ы-пропильного, аплильного и циклопропилметильного заместителей Поэтому в каркасных соединениях, содержащих №циклобутилметильный заместитель, присутствуют конформации, в которых агонистическая область Е открыта для взаимодействия с ОР Этим, по-видимому, объясняется тот факт, что среди соединений с М-циклобутилметильным заместителем нет «чистых» антагонистов, все они проявляют смешанные агонистические - антагонистические свойства

Следует отметить, что заместители при атоме N могут участвовать как во внутримолекулярных, так и в межмолекулярных гидрофобных взаимодействиях, то есть могут являться дополнительными сайтами связывания лиганда с ОР Согласно нашим представлениям о существовании агонистических, антагонистических и аффинных взаимодействий, антагонистическое связывание И-заместителя с ОР превращает лиганд в «чистый» антагонист В том случае, когда ТЧ-заместитель только препятствует агонистическому взаимодействию, не участвуя при этом в антагонистическом связывании с ОР, лиганд проявляет смешанные агонистические - антагонистические свойства На основе анализа экспериментальных данных о соотношении агонистических и антагонистических свойств лигандов различных структурных классов, содержащих типичные антагонистические заместители при атоме азота, было показано, что соединения, не содержащие дополнительные заместители в пиперидиновом цикле, проявляют, как правило, смешанные агонистические - антагонистические свойства

Можно сделать вывод, что типичные антагонистические Ы-заместители не участвуют в антагонистическом взаимодействии с ОР и не являются дополнительным сайтом связывания с ОР Их роль в возникновении антагонистических свойств определяется экранированием агонистической области Е и созданием стерических препятствий для реализации агонистических взаимодействий

II 4.2 Природа антагонистического взаимодействия и область его реализации в молекулярном пространстве На основе анализа экспериментальных данных о соотношении агонистических и антагонистических свойств лигандов различных структурных классов установлено, что в антагонистическом взаимодействии участвует аксиально ориентированный заместитель в 3-м положении пиперидинового цикла Назовем область, которую он занимает, антагонистической областью ^ По-видимому, эта область достаточно протяженна, поскольку она включает в себя заместители как на стороне рго-45, так и на с гороне рго-4К (рис 11) Для характеристики расположения области в молекулярном пространстве воспользуемся геометрическими

параметрами, аналогичными предложенным ранее для областей А-Е Значения этих параметров следующие RCe,,iN =2,7-3,0Á, RCentH =2,3-2,7A, ZNCentH= 18-22°, CentXNH= -40 - +40° (Cent -центр тяжести аксиально ориентированного заместителя в 3-м положении пиперидинового цикла) Разброс в величинах торсионного угла характеризует протяженность области, он определен с учетом реальных положений заместителей на сторонах pro-4S и pro-4R пиперидинового цикла

Следует подчеркнуть, что в антагонистической области F могут находиться фармакофорные элементы, различным образом взаимодействующие с ОР Например, СН3-группа участвует в гидрофобном взаимодействии с ОР, а ОН-группа образует водородную связь с ОР В этом принципиальное отличие антагонистической области F от агонистических областей D-E, в которых реализуются исключительно гидрофобные взаимодействия с рецептором

В работе исследована зависимость между природой антагонистического взаимодействия в области Е и его селективностью На основе анализа экспериментальных данных по селективности антагонистического действия лигандов, молекулы которых содержат аксиально ориентированные СНз- и ОН-группы в 3-м положении пиперидинового цикла, было сделано следующее предположение гидрофобное взаимодействие в области Е увеличивает |х-опиатную селективность лиганда, тогда как Н-связывание неселективно Предположение, что антагонистическое гидрофобное взаимодействие усиливает ц-опиатную селективность лиганда, хорошо согласуется с экспериментальными данными по прямому сайт-направленному мутагенезу пептидных лигандов ОР

II5. Практическое применение трехмерной модели ОФ в расчетном методе оценки агонистических и антагонистических свойств лигандов ОР

Аффинные области А-С, агонистические области Х> и Е, антагонистическая область Е

являются компонентами ЗБ-модели ОФ (рис 11)

114 3 Селективность антагонистического взаимодействия

Рисунок 11. - Схематическое изображение ЗО-модсли ОФ.

Взаимное расположение фармакофорных областей в молекулярном пространстве

однозначно характеризуется набором геометрических параметров (табл 4)

Таблица 4 - Геометрические параметры, характеризующие расположение фармакофорных областей В-Р в молекулярном пространстве

Фармакофорная область RcentvÄ RcentHfÄ ¿NCentH, град ZCentXNH, град

В 4,4 - 5,0 5,1-5,7 7-9 178-195

С 5,2-5,7 5,4 - 5,7 7-10 -7-12

D 4,2 -4,7 4,9 - 5,3 8-10 -117 - -137

Е 2,4 - 2,6 3,3-3,5 10-11 -139—158

F 2,6 -3,0 2,3 - 2,7 18-21 -40 -40

Разработанная универсальная ЗБ-модель ОФ была положена в основу расчетного метода оценки опиатной активности соединений Метод заключается в установлении точного соответствия между пространственным строением молекулы вещества и ЗО-моделью ОФ Предложенный расчетный метод позволяет оценивать агонистические и антагонистические свойства лигандов ОР, строение которых существенно отличается от строения соединений обучающей и контрольной выборок, использованных при разработке 3 D-модели ОФ

Выводы

Основные выводы диссертационной работы по разработке расчетного метода оценки агонистических и антагонистических свойств лигандов ОР заключаются в следующем

I На основе геометрического подхода к исследованию возникновения опиатной активности у соединений различных структурных классов была предложена классификация лиганд -рецепторных взаимодействий, объясняющая существование «чистых» агонистов, «чистых» антагонистов и смешанных агонистов - антагонистов

II Разработана методология построения ЗБ-модели ОФ, которую можно использовать в компьютерных технологиях для обнаружения, дизайна и оптимизации биологически активных соединений

III В рамках предложенной классификации определен гип взаимодействий ключевых фармакофорных элементов лигандов ОР протонированного атома азота и фенильного кольца Найдено, что взаимодействия, в которых участвуют протонированный атом азота и фенильное кольцо лиганда ОР, происходят одновременно и влияют исключительно на сродство лиганда Однако ориентация заместителя фенильного кольца относительно плоскости цикла оказывает влияние на способность молекулы занять антагонистическую позицию в зоне рецептирования и, следовательно, на ее антагонистические свойства

IV Сконструирована ЗБ-модель ОФ, определена природа агонистических и антагонистических взаимодействий

V Установлена роль типичных антагонистических N-заместителей в возникновении антагонистических свойств Показано, что антагонистические N-заместители не участвуют в антагонистическом связывании с ОР Их роль в возникновении антагонистических свойств определяется созданием стерических препятствий для реализации агонистических взаимодействий

VI Установлен набор геометрических параметров, однозначно характеризующий взаимное расположение фармакофорных областей в молекулярном пространстве, который можно использовать в качестве геометрического критерия оценки биоактивных конформаций

VII Разработан расчетный метод оценки опиатной активности лигандов ОР, заключающийся в установлении точного соответствия между пространственным строением лиганда и 3D-моделью ОФ

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях

1 НЕ Кузьмина, Е С Осипова, В С Кузьмин, В Б Ситников Изучение электронных свойств арильного фрагмента молекул лигандов опиатных рецепторов // Химико-фармацевтический журнал 2005 т39 №12 с 24-28

2 НЕ Кузьмина, Е С Осипова, В С Кузьмин, В Б Ситников Изучение влияния тираминового фрагмента молекул лигандов опиатных рецепторов на их агонистические и антагонистические свойства // Химико-фармацевтический журнал 2006 т40 №5 с 20-25

3 НЕ Кузьмина, ЕС Осипова, В С Кузьмин, В Б Ситников Геометрические параметры как критерий оценки биоактивных конформаций лигандов опиатных рецепторов // Известия АН Серия Химическая 2006 , 9, 1462-1468 [Russ Chem Bull, Int Ed , 2006, 55, №9,1516-1522]

4 НЕ Кузьмина, E С Осипова, В С Кузьмин, В Б Ситников Общая модель опиатного фармакофора Часть 1 Области опиатного фармакофора, обуславливающие неселективное сродство к опиатному рецептору // Известия АН Серия Химическая, 2006, №9, 1469-1475 [Russ Chem Bull, Int Ed , 2006, 55, No 9 P 1523-1529]

5 E Osipova, V Kuz'rmn, N Kuz'mma The geometrical approach to forecasting effective narcotic dependence remedies // Fourth international symposium on computational methods in toxicology and pharmacology integrating internet resources, Moscow, 1 -5 September, 2007, p 130 http //www lvnt ru/cmtpi-2007

6 НЕ Кузьмина, Е С Осипова, В С Кузьмин Агонистические области опиатного фармакофора // Тезисы докладов к XIV Российскому национальному конгрессу «Человек и лекарство» М , 2007, с 496

7 НЕ Кузьмина, Е С Осипова, В С Кузьмин Геометрические параметры опиатного фармакофора // Тезисы докладов к XIII Российскому национальному конгрессу «Человек и лекарство» М, 2006, с 635

8 NE Kuz'mma, ES Osipova, О I Lukashov The opiate pharmacophore regions properties which are determine non-selective affinity to opiate receptor // International conference «New Molecular Targets for Drug and Discovery The Perspectives of Integrating Russian Scientists into International Cooperation» CHEMRAR High-Tech Center, Khimki, Moscow Region, 2006, p 99

9. HE Кузьмина, E С Осипова, В С Кузьмин Изучение влияния арильного фрагмента молекул лигандов опиатных рецепторов на их агонистические и антагонистические свойства // Тезисы докладов к XII Российскому национальному конгрессу «Человек и лекарство» М , 2005, с 674

Заказ № 51/11/07 Подписано в печать 09 11 2007 Тираж 80 экз Усд пл 1,5

ООО "Цифровичок", тел (495) 797-75-76, (495) 778-22-20 уцут> с/г т , е-тай м/о@с/г ги

ВВЕДЕНИЕ.

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. ОПИАТНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ И ЛИГАНДЫ ОПИАТНЫХ РЕЦЕПТОРОВ.

1.1.1 СТРОЕНИЕ ОПИАТНЫХ РЕЦЕПТОРОВ.

1.1.2. ЛИГАНДЫ ОР.

1.1.3. СТРОЕНИЕ ЗОНЫ РЕЦЕПТИРОВАНИЯ.

1.2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИГАНДОВ ОР И ИЗУЧЕНИЕ

ЛИГАНД-РЕЦЕПТОРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ РАСЧЕТНЫМИ МЕТОДАМИ.

1.2.1 ПРИРОДА ЛИГАНД-РЕЦЕПТОРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ.

1.2.2. ДЕСКРИПТОРЫ В КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ.

1.3. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ СООТНОШЕНИЯ АГОНИСТИЧЕСКИХ-АНТАГОНИСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИГАНДОВ ОПИАТНЫХ РЕЦЕПТОРОВ.

1.4. МОДЕЛИ ОФ.

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ПЛ. МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ 3D - МОДЕЛИ ОФ.

11.2. АФФИННЫЕ ОБЛАСТИ ОФ.

11.2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ КЛЮЧЕВЫХ ФАРМАКОФОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИГАНДОВ С ОР.

II.2.1.1 Влияние электронных свойств «катионной головки» на аффинность и внутреннюю активность лигандов ОР.

11.2.1.2. Влияние электронных свойств фенильного кольца на аффинность и внутреннюю активность лигандов ОР.

11.2.1.3. Влияние Н-связывания заместителя фенильного кольца на аффинность и внутреннюю активность лигандов ОР.

II.2.1.4 Влияние формы заместителя фенильного кольца на аффинность и внутреннюю активность лигандов ОР.

11.2.2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ АФФИННЫХ ОБЛАСТЕЙ В БИОАКТИВНЫХ КОНФОРМАЦИЯХ ЛИГАНДОВ ОР.

11.2.3. ЭЛЕКТРОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ АФФИННЫХ ОБЛАСТЕЙ ОФ.

11.3. АГОНИСТИЧЕСКИЕ ОБЛАСТИ ОФ.

П.4. АНТАГОНИСТИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ ОФ.

П.4.1. РОЛЬ ТИПИЧНЫХ Ы-АНТАГОНИСТИЧЕСКИХ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ В

ВОЗНИКНОВЕНИИ АНТАГОНИСТИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ.

П.4.2. ПРИРОДА АНТАГОНИСТИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОБЛАСТЬ ЕГО

РЕАЛИЗАЦИИ В МОЛЕКУЛЯРНОМ ПРОСТРАНСТВЕ.

11.4.3. СЕЛЕКТИВНОСТЬ АНТАГОНИСТИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ.

П.4.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ОФ В РАСЧЕТНОМ МЕТОДЕ ОЦЕНКИ АГОНИСТИЧЕСКИХ И АНТАГОНИСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИГАНДОВ ОР.

В современной фармакологии, занимающейся проблемами решения наркотической и алкогольной зависимости, одной из актуальных задач является поиск лигандов опиатных рецепторов (ОР) с заданным соотношением агонистических и антагонистических свойств. Вопросы антагонистического действия опиатных и синтетических препаратов приобрели актуальность и стали активно разрабатываться в 80-е годы, в связи со значительным распространением наркомании в мире и проблемами ее лечения. Установленным фактом является постоянный рост в мире количества людей, потребляющих наркотики. Так, в США доля людей, использующих наркотические препараты, увеличилась с 6,9% в 1999 г. до 7,1% (от общего количества населения) в 2001 г., а среди молодежи в возрасте 12-17 лет количество регулярно употребляющих наркотики увеличилось с 9,7% в 2000 г. до 10,8% в 2001г. Подобная тенденция наблюдается и в других странах, в том числе и в России. По данным экспертов МВД РФ, в 2004 г. количество больных наркоманией в России составило 1 млн. человек, в 2006 г. их число возросло до 6 млн. человек. Подавляющее большинство наркоманов составляют люди в возрасте до 30 - 35 лет. В последние годы произошла переориентация рынка сбыта и потребления в сторону увеличения «тяжелых» наркотиков опиоидного типа (морфиноподобных) [1]. Опиаты также потребляют 75% больных (для сравнения, амфетамины - 6,4%). В связи с существующей тенденцией роста наркомании в мире все более актуальным становится вопрос лечения больных наркоманией с использованием заместительной терапии для снятия болевых эффектов.

В настоящее время установлено, что наркомания, в частности, опиатная зависимость, представляет собой заболевание головного мозга со специфическими нейробиологическими особенностями. Вопрос о патогенетических механизмах развития опиатной зависимости остается на данный момент, в известной степени, открытым. Как и другие болезни, наркоманию можно и необходимо лечить, воздействуя препаратами на ОР. Лекарственные препараты, являющиеся антагонистами ОР, имеют молекулярное строение, позволяющее им взаимодействовать с теми же активными участками рецептора, что и наркотические препараты. В медицинской практике для лечения наркомании применяются как смешанные агонисты-антагонисты опиатных рецепторов (бупренорфин, буторфанол, циклазоцин, налорфин, нальбуфин, пентазоцин, трамал), так и чистые антагонисты (налоксон, налтрексон, налмефен, налоксоназин, налтриндол, норбиналорфимин) [2]. Наибольшее распространение в клинической медицине получили налоксон и налтрексон, полусинтетические антагонисты, имеющие полициклическую структуру морфина и отличающиеся только заместителями при атоме азота и синтезируемые из природного сырья. Налоксон впервые синтезирован в 1960г., налтрексон - в 1963г. [3]. Налтрексон начал применяться в качестве коммерческого средства с 1985г. [4]. По мере внедрения налтрексона в клиническую практику накапливались сведения о побочных эффектах. К ним относили гепатотоксичность [5, 6], расстройства функции желудочно-кишечного тракта (тошнота, диарея), кожную сыпь, головную боль, ознобы, тревогу, дисфорию [7, 8, 9]. К настоящему времени появились сообщения о таких осложнениях, как кома [10], рабдомиолиз [11], отек легких [12].

Высказывалась точка зрения о том, что длительный прием антагониста может сопровождаться повышением чувствительности пациентов к токсическому действию. Кроме того, синтез налтрексона - наиболее эффективного в настоящее время лекарственного препарата для лечения опиатной зависимости - очень трудоемкий и требует использования природного опиата тебаина - труднодоступного и дорогого сырья. Поэтому актуален синтез новых синтетических препаратов антагонистического действия из доступных реагентов для эффективного снятия наркотического эффекта, которые, к тому же, не обладали бы вредными побочными эффектами.

Поиск антагонистов ОР происходит одновременно с поиском новых анальгетиков -антагонистов ОР и смешанных агонистов - антагонистов. Опиатные анальгетики остаются самыми эффективными из всех применяемых в практической медицине. Они являются основной группой болеутоляющих средств, эффективной при сильных болевых синдромах, связанных с травмой, хирургическими операциями, заболеваниями внутренних органов, опухолевыми процессами, при выведении из состояния болевого шока и острого алкогольного отравления и т.п. Аллергия, шизофрения, расстройство сна, астма, инсульт, боли и мигрени, повышенное давление - вот неполный список недугов, которые также можно облегчить и преодолеть с помощью опиатных анальгетиков. Недостаток существующих опиатных анальгетиков - наркотический эффект, поэтому активно ведется поиск новых опиатных анальгетиков с улучшенными анальгетическими свойствами, с большей широтой терапевтического эффекта (1Л)5о/ЕБ5о), увеличенной продолжительностью действия и значительно меньшей способностью вызывать привыкание.

Созданию лигандов ОР с заданным соотношением агонистических антагонистических свойств способствует понимание молекулярных механизмов взаимодействия лигандов с рецепторами, и формирования их биологического отклика. В этой связи очень широкое применение находят методы молекулярного моделирования взаимодействия «лиганд - рецептор» с использованием экспериментальных данных о моделируемом объекте. Молекулярное моделирование, несмотря на ряд недостатков, обладает множеством преимуществ. Это - применимость в тех случаях, когда эксперимент бессилен, усложнен и трудо- и финансово - затратен, простота и доступность требуемого оборудования (компьютерная техника) и наглядность получаемых данных. Молекулярное моделирование лигандов ОР эффективно при наличии максимально полной информации о фармакофоре - совокупности пространственных и электронных особенностей, которые необходимы для обеспечения оптимальных супрамолекулярных взаимодействий со структурой специфической биологической мишени и приводящих в действие ее биологический отклик. В литературе имеется большое количество работ, посвященных изучению строения опиатного фармакофора (ОФ). Как правило, в качестве модели ОФ предлагают совокупность определенных функциональных групп или типичные структурные фрагменты, которые выделяются методом суперпозиции молекул опиатно активных соединений. Предлагаемые до настоящего времени модели ОФ применимы либо к отдельным структурным классам лигандов ОР либо к лигандам, обладающим определенной селективностью действия к ОР. В литературе отсутствует общая модель ОФ, применимая ко всем типам лигандов ОР, независимо от химического и структурного класса лиганда, от селективности его действия на рецепторы, от соотношения агонистических антагонистических свойств.

Другим недостатком предлагаемых в литературе моделей ОФ является то, что они не учитывают молекулярную геометрию лигандов, топологию расположения структурных фрагментов лигандов, взаимодействующих с ОР в молекулярном пространстве. Связывание лиганда с рецепторами идет по принципу "ключ - замок" и зависит от структурной совместимости лиганда с комплементарным участком рецептора, поэтому молекулярная геометрия лигандов является одной из основополагающих причин наличия у них биологической активности. Знание топологии структурных фрагментов лигандов, взаимодействующих с ОР, наряду с пониманием природы этого взаимодействия, очень важно для выяснения причин возникновения сродства лигандов к рецептору, формирования биологического отклика и специфичности их действия.

Целью настоящей работы является создание универсальной ЗБ-модели (ОФ), объясняющей соотношение агонистических и антагонистических свойств в различных типах лигандов ОР. Предлагаемая в работе модель ОФ представляет собой совокупность не конкретных функциональных групп или структурных фрагментов, а абстрактных молекулярных областей, определенным образом ориентированных в пространстве и характеризующихся определенным набором электронных свойств. Эта универсальная ЗБ-модель описывается набором фармакофорных дескрипторов, определяющих не только пространственное расположение мест связывания лиганда с ОР, но и способность к образованию водородных связей, к гидрофобным и электростатическим взаимодействиям и т.д.

В соответствии с целью были сформулированы следующие задачи:

1) разработка на основе геометрического подхода к изучению опиатной активности классификации лиганд - рецепторных взаимодействий;

2) разработка новой методологии построения ЗО-модели ОФ;

3) определение молекулярных областей ОФ, отвечающих за сродство лиганда к рецептору;

4) определение молекулярных областей ОФ, отвечающих за специфические агонистические взаимодействия;

5) определение молекулярных областей ОФ, отвечающих за специфические антагонистические взаимодействия;

6) разработка геометрических параметров, однозначно характеризующих взаимное расположение областей ОФ в молекулярном пространстве;

7) характеристика природы аффинных, агонистических и антагонистических взаимодействий.

Новизна работы:

1) предложена классификация взаимодействий лигандов с ОР, объясняющая существование «чистых» агонистов, «чистых» антагонистов и смешанных агонистов — антагонистов.

2) разработана новая методология построения ЗБ-модели ОФ;

3) определена природа агонистических и антагонистических взаимодействий и области их реализации в молекулярном пространстве лиганда ОР.

4) разработана универсальная ЗБ-модель ОФ, объясняющая соотношение агонистических - антагонистических свойств лигандов различных структурных классов.

5) предложены геометрические критерии оценки сродства и соотношения агонистических - антагонистических свойств при моделировании новых типов лигандов ОР.

Практическая значимость:

Расчетный метод оценки агонистических и антагонистических свойств, основанный на геометрическом подходе к исследованию опиатной активности, можно использовать при целенаправленном синтезе лекарственных препаратов для лечений наркотической и алкогольной зависимости и создании новых эффективных и безопасных обезболивающих средств, сведя к минимуму дорогостоящие и трудоемкие экспериментальные исследования. 8

Личный вклад автора:

Автор сформулировал проблемы, цель и задачи диссертации, самостоятельно провел анализ литературных данных, выбор объектов и методов исследования. Автор принимал личное участие в компьютерном моделировании всех соединений, включенных в диссертационную работу, а также на всех этапах разработки трехмерной модели ОФ. Формулирование теоретических положений, выносимых на защиту, и выводов, полученных в ходе выполнения работы, принадлежат непосредственно автору.

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Основные выводы диссертационной работы по разработке расчетного метода оценки агонистических и антагонистических свойств лигандов ОР заключаются в следующем:

I. На основе геометрического подхода к исследованию возникновения опиатной активности у соединений различных структурных классов была предложена классификация лиганд - рецепторных взаимодействий, объясняющая существование «чистых» агонистов, «чистых» антагонистов и смешанных агонистов - антагонистов.

II. Разработана новая методология построения 3D - модели ОФ, которую можно использовать в компьютерных технологиях для обнаружения, дизайна и оптимизации биологически активных соединений.

III. В рамках предложенной классификации определен тип взаимодействий ключевых фармакофорных элементов лигандов ОР: протонированного атома азота и фенильного кольца. Найдено, что взаимодействия, в которых участвуют протонированный атом азота и фенильное кольцо лиганда ОР, происходят одновременно и влияют исключительно на сродство лиганда. Однако ориентация заместителя фенильного кольца относительно плоскости цикла оказывает влияние на способность молекулы занять антагонистическую позицию в зоне рецептирования и, следовательно, на ее антагонистические свойства.

IV Сконструирована 3D - модель ОФ, определена природа агонистических и антагонистических взаимодействий.

V. Установлена роль типичных антагонистических N-заместителей в возникновении антагонистических свойств. Показано, что антагонистические N-заместители не участвуют в антагонистическом связывании с ОР. Их роль в возникновении антагонистических свойств определяется созданием стерических препятствий для реализации агонистических взаимодействий.

VI. Установлен набор геометрических параметров, однозначно характеризующий взаимное расположение фармакофорных областей в молекулярном пространстве, который можно использовать в качестве геометрического критерия оценки биоактивных конформаций.

VII. Разработан расчетный метод оценки опиатной активности лигандов ОР, заключающийся в установлении точного соответствия между пространственным строением лиганда и 3D - моделью ОФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе исследованы пространственные аспекты возникновения агонистических и антагонистических свойств у лигандов ОР. С точки зрения биокинетики молекулярный механизм комплексообразования агонистов и антагонистов с ОР во многом идентичен и описывается аналогично предположению Кларка: к,

Ь + Я^Ш где Ь - лиганд, Я - рецептор, ЬЯ - лиганд-рецепторный комплекс, к+1 и к.1 - константы скоростей образования и распада лиганд-рецепторных комплексов.

Различия в фармакологическом действии агонистов и антагонистов связан с наличием или отсутствием конформационных изменений ОР, возникающих в результате комплексообразования с лигандом. Процесс активации биоактивной конформации ОР при образовании комплекса ОР с агонистом и фиксации неактивной конформации ОР при образовании комплекса ОР с антагонистом связан с различными положениями, которые молекула лиганда занимает в зоне рецептирования.

Образование лиганд - рецепторных комплексов происходит за счет невалентных взаимодействий, избирательность которых не слишком высока. В связи с этим способность молекулы лиганда занимать различные позиции в зоне рецептирования существенно зависит от взаимного расположения взаимодействующих фрагментов участников комплексообразования. Для того, чтобы мог реализоваться контакт молекулы лиганда с участками ОР в агонистической позиции зоны рецептирования (следствием чего является переход к биоактивной конформации ОР), соответсвующие контактирующие фрагменты участников комплексообразования должны пространственно соответствовать друг другу, то есть быть комплементарными. Аналогично, для стабилизации неактивной конформации ОР участвующий в антагонистическом взаимодействии фрагмент лиганда должен быть комплементарен участку ОР в антагонистической позиции зоны рецептирования. Поскольку множество лигандов ОР (как агонистов, так и антагонистов) имеют жесткую структуру, появляется уникальная возможность изучения структурной комплементарности агонистов и антагонистов ОР.

В работе продемонстрировано наличие сильной взаимосвязи между соотношением агонистических и антагонистических свойств лиганда ОР и особенностями пространственного расположения взаимодействующих с ОР структурных фрагментов лиганда. Совокупность выявленных пространственных и электронных особенностей,

1. Чуркин А. Б. Реабилитация наркозависимых: современные подходы. // Нарконет. 2002. -T.14.-N 1-2.-С. 76-77.

2. Сиволап Ю.П., Савченков В.А., Мишнаевский A.JI. Развитие комы при использовании налтрексонау больного опийной наркоманией. //Журн. неврол. и психиатр. 2000. - Т. 100. -№8. - С. 55-57.

3. Alvarez-Fuentes J., Rojas-Corrales M.O., Holgado M.A. Opioid agonist/antagonist combinations. // J. Pharm. Pharmacol. 2000. - V.52. - №6. - P. 659-663.

4. Ayesta F.J., Ableitner A., Emmett-Oglesby M.W. Herz A. Paradoxical effect of cronic fentanyl treatment on naloxone-induce supersensitivity and upregulation. // J. Pharmacol. Exp. Ther. 1992. - V.260. - №1. - P. 168-174.

5. Pfohl D.N., Allen J.I., Atkinson R.L. Trexane (naltrexone hydrochloride): a review of hepatic toxicityat at high dosage in problems of drug dependence. 1986. // NIDA Res. Monogr. 1986. -Y.67.-P. 66-72.

6. Verebey K.G., Mule S.J. // NIDA Res. Monogr. 1986. - V.67. - P. 73-81.

7. Bradford A., Hurley F„ Golondzowski O., Dorrier C. //NIDA Res. Monogr. 1976. - V.9. - P. 163-171.

8. Crabtree B.L. Review of naltrexone, a long-acting opiate antagonist. //Clin. Pharm. 1984. -V.3. -№3. - P. 273-280.

9. Gonzalez J.P., Brogden R.N. Naltrexone. A review of its pharmacodynamic and pharmacokinetic properties and therapeutic efficacy in the management of opioid dependence. // Drugs. 1988. -V.35. - №3. - P. 192-213.

10. Бабаян Э.А., Булаев В. M. Антагонисты опиатов: применение в наркологической практике. // Ж. невропатол. и психиатр, им. С. С. Корсакова. 1989. - Т. 89. - С. 134.

11. Chanmugam A.S., Hengeller М., Ezenkwele U. Development of rhabdomyolysis after rapid opioid detoxification with subcutaneous naltrexone maintenance therapy. // Acad. Emerg. Med. -2000. Y.7. - №3. - P. 303-305.

12. Hamilton R., Hung O., Gold J. Complications of ultrarapid opioid detoxification with subcutaneous naltrexone pellets. // J. Toxicol. Clin. Toxicol. 1997. - V.35. - №5. - P. 553-558.

13. Beckett A.H., Casy A.F. Synthetic analgesics: stereochemical considerations. // J. Pharm. Pharmacol. 1955. - V.6. - P. 986-1001.

14. Reisine Т., Pasternak G. Pharmacological basis of therapies. Goodam Gilman. 9 ed. - 1995. -P. 521-564.

15. Pan Z.Z. ^-opposing action of the kappa-opioid receptor. // Trends in Pharmacol. Sci. 1998. -V.19. - P. 94-98.

16. Freye E. Opioid agonists, antagonists and mixed narcotic analgesics. Springer-Verlag. - 1987. - 532 P.

17. J. DeRuiter, Narcotic Analgetics: Nuclear Modified. Principles of Drug Action 2. Fall 2000.

18. Leff P. The two-state model of receptor activation. // TiBS. 1995. - V. 16. - P. 89-97.

19. Leurs R., Smit M.J., Aliwijnse A.S., Timmerman H. Agonist-independent regulation of constitutively active G-protein-coupled receptors. // TiBS. 1998. - V.23. - P. 418-422.

20. Kenakin T. Efficacy in drug receptor theory: outdated concept or under-valued tool?. // TiPS. — 1999.-V.20.-P. 400-405.

21. Colquhoun D. Binding, gating, affinity and efficacy: The interpretation of structure-activity relationships for agonists and of the effects of mutating receptors. // Br. J. Pharm. 1998. - VI. - P. 924-947.

22. Tucek S. Is the R and R* dichotomy real? // Trends Pharm. Sci. 1997. - V.18. - P. 414-416.

23. Leff P., Scaramellini C., Law C. A three-state receptor model of agonist action. // TiPS. 1997. -V.18.-P. 355-362.

24. Leff P., Scaramellini C. Promiscuity, pre-coupling and instability. // TiPS. 1998. - V. 19. -P.13.

25. Zaki P.A., Bilsky E.J., Vanderah T.W., Lai J., Evans C.J., Porecca F. Opioid receptor types and subtypes: the 5-receptor as a model. // Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1996. - V.36. - P. 379401.

26. Reisine T. Opiate receptors. // Neuropharmacology. 1995. - V.34. - P. 463-472.

27. Kieffer B.L. Recent advances in molecular recognition and signal transduction of active peptides: receptor for opioid peptides. // Cell. Mol. Neurobiol. 1995. - V. 15. - P. 615-635.

28. Gether U. Uncovering molecular mechanisms involved in activation of G protein-coupled receptors. // Endocrine. Rev. 2000. - V.21. - P. 90-113.

29. Smith A., Lee N. Opioid receptor interactions: local and nonlocal symmetric and asymmetric, physical and functional. // Life Sci. 2003. - V.73. - P. 1873-1893.

30. Dhawan B.N., Cesselin R., Raghubir G. International union of pharmacology. XII Classification of opioid receptors. // Pharmacol. Rev. 1996. - V.48. - №4. - P. 567-592.

31. Jordan B., Devi L.A. Molecular mechanisms of opioid receptor signal transduction. // Br. J. Anaesth. 1998. - V.81. №1.-P. 12-19.

32. Befort K., Tabbara L., Kling D., Maigret В., Kieffer B.L. Role of aromatic transmembrane residues of the 5-opioid receptor in ligand recognition. // J. Biol. Chem. 1996. - V.271. - №17. -P. 10161-10168.

33. Pert C.B., Snyder S.H. Opiate receptor binding of agonists and antagonists affected differentially by sodium. // Mol. Pharmacol. 1974. - V.10. - №6. - P. 868-879.

34. Mansour A., Taylor L., Fine J., Thompson R., Hoversten M., Mosberg H., Watson S., Akil H. Key residue defining the (i-opioid receptor binding pocket: a site-directed mutagenesis study. // J. Neurochem. 1997. - V.68. - №1. - P. 344-353.

35. Portoghese P.S. Molecular recognition at kappa opioid receptors. // Pure Appl. Chem. 2001. -V.73.-P. 1387-1391.

36. Leff P. Inverse agonism: theory and practice. // TiPS. 1995. - V.16. - P. 256-257.

37. БулаевB.M., ОрловаЭ.К. //Хим. фарм. журнал. 1981. - Т.П. - С. 9-19.

38. Freye Е. Opioid in anaesthesia, postporative pain and the intensive care unit: I. Opioids in perioperative period. // Avicenna. 2002. - V.l. - P. 2-19.

39. Loew G.H. Molecular modeling of opioid analgesics: The designer's goal is to eliminate adverse side effects. // Modern Drug Discovery. 1999. - V.2. - №6. - P. 24-28.

40. Leander J.D. // J. Pharmacol. Exp. Ther. 1983. - V.35. - P. 227-231.

41. Ашмарин И.П. // Ж. эволюц. биохим. физиол. 1982. - Т. 18. - С. 3-8.

42. Булаев В.М. Рецепторы опиатов и их лиганды. М.: ВИНИТИ: Итоги науки. Фармакология. 1982. Т. 13. - С. 101-184.

43. Вартанян М.Е., Лидеман P.P. // Ж. невропатол. и психиатр, им. С. С. Корсакова. 1978. -Т.78. - С. 519-529.

44. Minami М., Nakagawa Т., Seki Т., Onogi Т., Aoki Y., Katao Y., Katsumata S., Satoh M. А single residue, Lysl08 of the 8-opioid receptor prevents the ц-opioid selective ligand D-Ala2,N

45. MePhe4, Glyol5. enkephalin from binding to the 5-opioid receptor. // Mol. Pharmacol. 1996. -V.50. №5. - P. 1413-1422.

46. Chen Y., Mestek A., Liu J., Yu L. // Biochem. J. 1993. - V.295. - P. 674-680.

47. Meng F., Akil H. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. - V.90. - P. 9954-9960.

48. Wang J., Imai Y., Eppler C., Cregor P., Spivak C., Uhl G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. -V.90.-P. 10230-10235.

49. Kong H., Reisine T. Raynor K., Moe S.T. A single residue aspartic acid 95, in the delta opioid receptors specifies selective high affinity agonist binding. // J. Biol. Chem. 1993. - V.268. P. 23055-23061.

50. Fukuda K., Kato S., Mori K. Location of regions of the opioid receptor involved in selective agonist binding. // J. Biol. Chem. 1995. - V.270. - P. 6702-6709.

51. Kong H., Raynor K, Yano H., Takeda J., Bell G.I., Reisine T. Agonist and antagonists bind to different domains of the cloned k opioid receptor. // J. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. - V.91. -P. 8042-8046.

52. Wang W., Shahrestanifar M., Jin J., Howells R. Studies on jj. and 6 opioid receptor selectivity utilizing chimeric and site-mutagenised receptors. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. - V.92. P. 12436-12440.

53. Chaturvedi K., Shahrestanifar M., Howells R.D. mu-opioid receptor: role for the amino terminus as a determinant og ligand binding affinity. // Mol. Brain Res. 2000. - V. 76. - №1. - P. 64-72.

54. Blake A., Bot G., Reisine T. Structure-function analysis of the cloned opiate receptors: peptide and small molecule interactions. // Chemistry and Biology. 1996. - V.3. - P. 967-972.

55. Bonner G., Meng F., Akil H. Selectivity og mu-opioid receptor determined by interfacial residues near third extracellular loop. // Eur. J. Pharmacol. 2000. - V.403. - №1. - P. 37-44.

56. Rattan A. K., Tejwani G.A. Sodium ions modulate differentially the effect of a benzodiazepine agonist on rat spinal mu-, delta- and kappa-opioid receptors. // Pharmacology. 1994. - V.48. -№1. - P. 30-40.

57. Valiquette M., Vu K.H., Yue S.Y., Wahlestedt C., Walker P. Involvement of Trp-284, Val-296, and Val-297 of the human 5-opioid receptor in binding of 8-selective ligands. // J. Biol. Chem. -1996. V.271. - №31. - P. 18978-18796.

58. Bot G., Blake A. D., Li S., Reisine T. Mutagenesis of a single amino acid in the rat |J.-opioid receptor discriminates ligand binding. // J. Neurochem. 1998. - V.70. - №1. - P. 358-365.

59. Bot G., Blake A. D., Li S., Reisine T. Mutagenesis of the mouse delta opioid receptor converts (-)-buprenorpine from a partial agonist to an antagonist. // J. Pharmacol. Exp. Ther. 1998. -V.284. - №1. - P. 283-290.

60. Spivak C.E., Beglan C.L., Seidleck B. K., Hirshbein L.D., Uhl G.R., Surratt C.K. Naloxone activation of mu-opioid receptors mutated at a histidine residue lining the opioid binding cavity. // Mol. Pharmacol. 1997. - V.52. - №6. - P. 983-992.

61. Surratt C.K., Johnson P.S., Moriwaki A. Opiate receptor. Charged transmembrane domain amino acid are critical for agonist recognition and intrinsic activity. // J. Biol. Chem. 1994. -V.269. - №32. - P. 20548-20553.

62. Xu W., Ozdener F., Li J.G. // FEBS Lett. 1999. - V.447. - №2-3. - P. 318-324.

63. Filizola M., Carteni-Farina M., Perez J. J. Molecular modeling study of the differential ligand-receptor interaction at the |i- 8- and K-opioid receptors. // J. Comput-Aided Mol Des. 1999. -V.13.-P. 397-407.

64. Perez, J.J., Filizola., Carteni-Farina M. // J. Math. Chem. 1998. - V.23. - P. 229-231.

65. Filizola, M., Perez, J.J., Carteni-Farina M. // J. Comput.- Aided Mol. Des. 1998. - V. 12. - P. 111-115.

66. Pogozheva I. D., Lomize A.I., Mosberg H. I. Opioid receptor three-dimensional structures from distance geometry calculations with hydrogen bonding constraints. // Biophys. J. 1998. - V.75. - P. 612-634.

67. McDonald I.K., Thornton J.M. Sytisfying hydrogen bonding potential in protein. // J. Mol. Biol. 1994.-V.238.-P. 777-793

68. Archacov A.I., Ivanov Yu. D. The optical biosensor study of the protein-protein interactions with cytochrome P450s, In Biophysics of electron transfer and molecular Bioelectronics. Pleum Publication Corporation: USA: 1999. - 173 P.

69. Xu D., Tsai C. J., Nissinov R. Hudrogen bonds and salt bridges across protein-ligand interfaces. // Protein Eng. 1997. - V. 10. - P. 999-1012.

70. Braden B.C., Poljak R.J. Structure and energetics anti-lysozyme antibodies. In Protein-Protein Recognition. Oxford University Press: USA. 2000. - 126 P.

71. Сергеев В.П., Шимановский P.JI. Рецепторы. Медицина; Москва. 1987. - 396 С.

72. Крылов С.С. О структуре-активности наркотических анальгетиков и их антагонистов. // Хим.-фарм. Журнал. 1992. - Т.26. - №7-8. - С. 122-124.

73. Ко lb V.M, Scheiner S. New insights in the clastic binding hypothesis for opiate-receptor interactions I: Electrone-transfer mechanism. // J. Pharm. Sci. 1984. - V.73. - №6. - P. 719-723.

74. Wentland M.P., Duan W., Cohen D. J., Bidlack J.M. Selective protection and functionalization of morphine; syntesis and opioid receptor binding properties of 3-amino-3-desoxymorphine derivatives. // J. Med. Chem. 2000. - V.43. - №19. - P. 3558-3565.

75. Allinger N.L. //J. Am. Chem. Soc. 1977 - V.99. - P. 8127-8130.

76. Stewart J.J.P. Mopac: a semiempirical molecular orbital program. // J. Computer-Aided Molecular Design. 1990. - V.4. - P. 1-105.

77. Stewart J.J.P. //J. Сотр. Chem. 1989. - V. 10. - P. 209-212.

78. Bodor N., Gabanyi Z., Wong C-K. A new method for the estimation of partition coefficient. // J. Am. Chem. Soc. 1989. - V.l 11. - №11. - P. 3783-3786.

79. Gavezotti A. // J. Am. Chem. Soc. 1983. - V.105. - №16. - P. 5220-5225.

80. Шильников В.И., Кузьмин B.C., Стручков Ю. Т. Вычисление объемов и поверхностей атомов и молекул. // ЖСХ. 1993. - Т.34. - №4. - С. 98-106.

81. Immirzi A., Perrini Е. // Acta Crystallogr. 1977. - N.A33. - P. 216-218.

82. Karelson M., Lobanov V.S., Katritzky A. R. Quantum-Chemical Descriptors in QSAR/QSPR Studies. // Chem. Rev. 1996. - V.96. - №3. - P. 1027-1043.

83. Раевский O.A. Дескрипторы молекулярной структуры в компьютерном дизайне биологически активных веществ. // Успехи химии. 1999. - Т.68. - С. 555-561.

84. Hanch С., Leo A., Taft R. W. // Chem. Rev. 1991. - V.91. - Р165-168.

85. Hanch С., Leo A., Hoekman D. Exploring QSAR. hydrophobic, electronic and steric constants. // Am. Chem. Soc. Washington. - DC. - 1995,- P. 1115-1123.

86. Frommel С. The apolar surface area of amino acid and its empirical correlation with hydrophobic energy. // J. Theor. Biol. 1984. - V.l 11. - P. 247-260.

87. Murcko A.B., Murcko M. A. Computational methods to predict binding free energy in ligand-receptor complexes. // J. Med. Chem. 1995. - V.38. - №26. - P. 4953-4967.

88. Lien E. J. SAR. Side effects and drug design. Marcel Dekker.: New York. 1987. - 426 P.

89. Lenz G.R., Evans S.M., Walters D.E. Opiates, Academic Press. Inc., New York. 1986. - 560 P.

90. Cazy A.F. Opioid analgetics. Plenum Press, New York. - 1986. - 520 P.

91. Loew G.H., Berkowitz D., Weinstein H., Srebrenik S. Molecular and Quantum Pharmacology. (E. D. Bergmann and B. Pullman, eds.). Reidel, Dordrecht-Holland. 1974. - 380 P.

92. Politzer P., Truhlar D.G. Chemical Applications of Atomic and Molecular Electrostatic Potential. Plenum Press, New York. 1981. - 521 P.

93. Kaufman J.J. // Int. J. Quantum Chem. 1979. - V. 16. - P. 221-225.

94. Kaufman J.J. // NIDA Res. Monogr. 1978. - V.22. - P. 250-253.

95. Bellaw В., Conway Т., Ahmed F.R., Hardy A.D. Importance of the nitrogen lone electron pair orientation in stereospecific opiates. // J. Med Chem. 1974. - V.17. - №8. - P. 907-908.

96. Bellaw В., Morgan P. Clastic binding on the opiate receptor. // J. Med Chem. 1974. - V.17. -№8. - P. 908-909.

97. Kolb V.M., Dcheiner S. New insights in the clastic binding hypotesis for opiate receptor interactions II: Proton-transfer mechanism. // J. Pharm. Sei. 1984. - V.73. - №6. - P.719-723.

98. Hopfinger A. J. Conformational Properties of Macromolecules. Academic Press, New York. -1973.-216 P.

99. Tollenaere J.P., Moereels H. // Eur. J. Med. Chem. 1980. - V.15. - P. 337-340.

100. Loew G.H., Berkowitz D.S. Quantum chemical studies of morphine-like opiate narcotics. Effect of N-substituent variations. // J. Med. Chem. 1975. - V.18. - №7. - P. 656-662.

101. Razzak K.S., Hamid K.A. Electronic study of receptor binding of analgetic aryl moiety; prodine analogs. // J. Pharm. Sei. 1980. - V.69. - №7. - P.796-799.

102. Simon Z., Dragomir N., Plauchithiu M. G. // Rev. Roum. Biochim. 1981. - V.18. - P. 139143.

103. Погребняк A.B. Молекулярное моделирование и дизайн биологически активных веществ. СКНЦ ВШ, Москва, - 2003. - 228 С.

104. Wilson I.A., R.L. Stanfield. Antibody-antigen interaction. // Curr. Opin. Struct. Biol. 1993. -V.3.-P. 113-118.

105. Pharmacophore. Perception development and use in Drug Desing, Ed. O.F. Gunner, International University Line, California. 2002. - 526 C.

106. Harrison C., Smart D., Lambert D.G. Stimulatory effects of opioids. // Br. J. Anaesth. 1998. - V.81. -№1.-P. 20-28.

107. Bizzantz C. Conformational changes of G-protein coupled receptors during their activation by agonist binding. // J. Recept. Signal Trans. 2003. - V.23. - P. 123-153.

108. Karnik S.S., Gogonea C., Patil S., Saad Y., Takezako T. Activation G protein-coupled receptors: A common molecular mechanism. // Trends Endocrinol. Metab. 2003. - V. 19. - P. 431437.

109. Leurs R., Smit M.J., Alewijnse A.E., Timmerman H. Agonist-independent regulation of constitutively active G-protein-coupled receptors. // TiBS. 1998. - V.23. - P. 418-421.

110. Gero A. Desensitization. Two-state receptors and pharmacological parameters. // J. Theor. Biol. 1983. -V. 103. -P. 137-161.

111. Brugen A. Conformational changes and drug action. // Fed. Prog. 1981. - V.40. - P. 27232728.

112. Rescigno A., Beck J. S. Determination of dependence of binding parameters on receptor occupancy. // Bull. Matem. Biol. 1982. - V.44. - P. 477-489.

113. Paton D.M., Bar H.P., Clanachan A.S. Structure activity relation for inhibition of neurotransmission in rat vas deference by adenosine. // Neuroscience. 1978. - V.3. - P.65-70.

114. Portoghese P.S. A New concept on the mode of interaction of narcotic analgesics with receptors. // J. Med. Chem. 1965. -V.8. - №5. - P. 609-616

115. Portoghese P.S. Stereochemical factors and receptor interaction associated with Narcotic Analgesics. // J. Pharm. Sci. 1966. - V.55. - P. 865-887.

116. Portoghese P.S. The role concepts in structure-activity relationship studies of opioid ligans. // J. Med. Chem. 1992. - V.35. - №11. - P. 1927-1937.

117. Alkorta I., G. Loew. A 3D model of the 8 opioid receptor and ligand-receptor complexes. // Protein Eng. 1996. - V.9. - P. 573-583.

118. Strahs D., Weinstein H. Comparative modeling and molecular dynamic studies of the delta, kappa and mu opioid receptors. //Protein Eng. 1997. - V.10. -P. 1019-1038.

119. Filizola M., Carteni-Farina M., Perez J. Molecular modeling study of the differential ligand-receptor interaction at the |i, 8, and k opioid receptors. // J. Comput.-Aided Mol. Des. 1999. -V.13.P. 397-407.

120. Filizola M., Laakonen L., Loew G.H. 3D modeling, ligand binding and activation studies of the cloned mouse 8, ji and k opioid receptors. // Protein Eng. 1999. - V. 12. - №3. - P. 927-942.

121. McFadyen I., Metzer T., Subramanian G., Poda G., Jorvig E., Ferguson D.M. Molecular modeling of opioid receptor-ligand complexes. // Progress Med. Chem. 2002. - V.40. - P. 107135.

122. Okada T., Ernst O., Palczewski K., Hofmann K., Activation of rhodopsin: new insight from structural and biochemical studies. // Thrends Biochem. Sci. 2001. - V.26. - P. 318-324.

123. Li J., Edwards P., Burghammer M., Villa c., Schertler G. Structure of bovine rhodopsin in a trigonal crystal form. // J. Mol. Biol. 2004. - V.343. - P. 1409-1438.132. http://www.pdb.org.

124. Baldwin J.M. The probable arrangement of the helices in G-protein-coupled receptors. // EMBO J. 1993. - V.12. - P. 1693-1703.

125. Pogozheva I. D., Przydzial M. J., Mosberg H. I. Homology modeling of opioid receptor-ligand complexes using experimental constraints. // The AAPS Journal. 2005. - V.7. - №2. - P. E434-E448.

126. Decaillot F.M., Befort K., Filliol D., Yue S., Walker P., Kieffer B.L. Opioid receptor random mutagenesis reveals a mechanism G protein-coupled receptor activation. // Nat. Struct. Biol. -2003.-V. 10.-P. 629-632.

127. Scheer A., Fanelli F., Costa T., Benedetti G. The activation process of the alB-adrenergic receptor: Potential role of protonation and hydrophobicity of a highly conserved aspartate. // Proc. Natl. Acad. Sci. 1997. - V.94. - P. 808-813.

128. Dixon J. S., Sheridan R.P., Nilakantan R., Venkataraghavan R. The esemble approach to distance geometry: application to the nicotinic pharmacophore. // J. Med. Chem. — 1986. V.29. -№6. - P. 899-906.

129. Wentland M., Sun X., Ye Y., Lou R., Bidlack J. Redefining the structure-activity relationship of 2,6-methano-3-benzazocine. Part 2: 8-formamidocyclazocine analogues. // Bioorg. Med. Chem. Lett. -2003.-V.13.-№ll. P. 1911-1914.

130. Froimowitz M., Pick C., Pasternak G. Phenylmorphans and analogues: Opioid receptor sybtype selectivity and effect of conformation activity. // J. Med. Chem. 1992. - V.35. - №9. - P. 1521-1525.

131. Kobylecki R. J., Lane A. C., Smith F. C., Kennard O. N-methylnalorphine: definition of N-allyl conformation for antagonism at the opiate receptor. // J. Med. Chem. 1982. V.25. - №. - P. 1278-1280.

132. Shiotani S., Kometani T., Iotaka Y., Itai A. X-ray analytical reexamination of correlation of nitrogen lone-pair orientation with analgetic activity. // J. Med. Chem. 1978. - V.21. - №2. - P. 153-154.

133. Abdel-Monem M.M., Larson D.L., Kupferberg H.J., Porthogese P.S. Stereochemical Studies on Medicinal Agents. 11. Metabolism and Distribution of prodine isomer in mice. // J. Med. Chem. 1972. - V.15. - №5. - P. 494-500.

134. Beckett А. Н., Casy A.F. // J. Chem. Soc. 1955. - V.3. - P. 900-902.

135. Bernard D., Coop A., MacKerell A.D. 2D conformationally sampled pharmacophore: a ligand-based pharmacophore to differentiate б opioid agonist from antagonist. // J. Am. Chem. Soc. -2003.-V. 125.-P. 3101-3107.

136. Filizola M., Villar H.O., Loew G.H. Molecular determinants of non-specific recognition of 8-, |x-, and к- opioid receptors. // Boorg. Med. Chem. 2001. - V.9. - №1. - P. 69-76.

137. Dosen-Micovic L. Molecular modeling of fentanyl analogs. // J. Serb. Soc. 2004. - V.69. -P. 843-854.155. http://holivo. pharmacy.uiowa.edu/morphine/opioidsringanal.pdf.

138. Li Т., Fujita Y., Shiotani K., Miyazaki A., Tsuda Y., Ambo A., Sasaki Y., Jinsmaa Y., Marczak E., Bryant S.D. Potent Dmt-Tic pharmacophoric 8- and ¡i-opioid receptor antagonists. // J. Med. Chem. 2005. - V.48. - №25. - P. 8035-8044.

139. Temussi P.A., Salvadori S., Amodeo P., Bianchi C., Guerrini R., Tomatis R., Lazarus L.H., Tancredi T. Selective opioid dipeptides. // Biochem Biophys. Res. Commun. 1994. - V.198. - P. 933-939.

140. Schiller P.W., Nguyen T.M.D., Weltrowska G., Wilkes B., Marsden B.J., Schmidt R., Chung N.N. In peptides: chemistry and biology; Hodges R.S., Smith J.A., Eds: ESCOM: The Netherlands, 1994-P. 483-486.

141. Balboni G., Guerrini R., Salvadori S., Tomatis R., Bryant S., Bianchi C., Attila M., Lazarus L.H. Opioid diketopiperazines: synthesis and activity of a prototopic class of opioid antagonists. // Biol. Chem. 1997. - V.378. - P. 19-29.

142. Coop A., Jacobson A. The LMC delta opioid recognition pharmacophore: comparison of SNC80 and oxymorphindole. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999. - №9. - P. 357-362.

143. Schwyzer R. ACTH: A short introductory review. // Ann. N. Y. Acad. Sci. 1977. - V.297. - P. 3-26.

144. Horn A.S., Rodgers J.R. // J. Pharm. Pharmac. 1977. - V.29. - P. 257-263.

145. Wei L.I., Hao J.-I, Tang Y., Chen Y., Qiu Zh. // Acta Pharm. Sinica. 2005. - V.26. - P. 334338.

146. Froimowitz M., Cody V. // Chirality. 2004. - V.7. - №7. - P. 518-525.

147. Clarke R.L., Gambino A.J., Pierson A.K., Daum S.J. (2-exo-3-e«i/o)-2-Aryltropane-3-carboxylic Esters, a New Class of Narcotic Antagonists. // J. Med. Chem. 1978. - V.21. - №12. -P. 1235-1242.

148. Peng Y, Keenan S.M, Zhang Q, Kholodovych V, William J.W. 3D-QSAR Comparative molecular field analysis on opioid receptor antagonists: pooling data from different studies. // J. Med. Chem. -2005. V.48. -№5. - P. 1620-1629.

149. Accelrys Inc., Material Studio, Release 3.2, San Diego, Accelrys Inc., 2003.

150. Lipkowitz K. B., Boyd D. B. Reviews in computational chemistry. VCH Publishers, New York. 1990. - 230 P.

151. Dewar M.J.S, Zoerbisch E.G., Healy E.F., Stewart J.J.P. AMI: A new general purpose quantum mechanical molecular model. // J. Am. Chem. Soc. 1985. - V.107. - №13. - P. 39023909.

152. Klamt A., Schimrmann G. COSMO: a new approach to dielectric screening in solvents with explicit expressions for the screening energy and its gradient. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1993. - V.2. - P. 799-805.

153. Ермакова E.A. Применение броуновской динамики для изучения механизма взаимодействия белков. // Структура и динамика молекулярных систем. 2003. - Т. 10. - №2. -С. 191-193.178. http://www. statsoftinc.com.

154. Wentland М.Р., Lou R., Ye Y., Cohen D.J., Richardson G.P., Bidlack J.M. 8-Carboxamidocyclazocine analoques: redefining the strucrure-activity relationships of 2,6-methano-3-benzazocine. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2001. - V.l 1. - №5. - P. 623-626.

155. Wentland M. P., Albertson N. F., Pierson A. K. Synthesis and pharmacology of 8-amino-3-(cyclopropylmethyl)-l,2,3,4,5,6-hexahydro-c/5-6,l l-dimethyl-2,6-methano-3-benzazocine and related compounds. // J. Med. Chem. 1980. - V.23. - №1. - P. 71-74.

156. May E.L., Takeda M.R. Optical isomers of miscellaneous strong analgetics. // J. Med. Chem. -1970,-V. 13. №5.-P. 805-807.

157. Ager J.H., Fullerton S.E., May E.L. Structure related to morphine. XXV. 5-propyl- and 5,9-dipropyl-6,7-benzomophans and a pharmacologic summary. // J. Med. Chem. 1963. - V.6. - №3. -P. 322-325.

158. May E.L., Jacobson A.E. Structure related to morphine. XXXI. 2'-substituted benzomorphans. // J. Med. Chem. 1965. V.8. - №5. - P. 563-566.

159. Kanematsu K., Takeda M., Jacobson A.E., May E.L. Synthesis of 6,7-benzomorphan and related nonquarternary carbon structures with marked analgetic activity. // J. Med. Chem. 1969. -V.12. - №3. - P. 405-408.

160. Welch S.P., Huffman J.W., Lowe J. Differential blockade of the antinociceptive effects of centrally administered cannabinoids by SR141716A. // J. Pharm. and Exp. Thes. 1998.- V.286. -№3. - P. 1301-1308.

161. Салин B.H., Чурилова Э.Ю., Практикум по курсу "Статистика". Перспектива, Москва, -2002, с. 75.

162. Реакционная способность и пути реакций, под ред. Г. Клопмана, Мир, Москва. 1977. -383 С.

163. КБСД, грант РФФИ 02-07-90322.

164. Зефиров Ю.В. Кристаллографические угловые критерии межмолекулярных водородных связей. // Кристаллография. 1999. - Т.44. - №6. - С. 1091-1093.

165. Stout P.R., Farrel L.J. // Forensic Sci. Rev. 2002. - V. 15. - P. 30-35.

166. Gilbert A.K., Hosztafi S., Mahurter L. // Eur. J. Pharmacol. 2004. - Y.492. - P. 123-126.192. http://drugs. com.

167. Awaya H., May E.L., Aceto M.D., Merz H., Rogers M.E., Harris L.S. Racenic and optically active 2,9-dimethyl-5-(m-hydroxyphenyl)morphans and pharmacological comparison with the 9-dimethyl homologues. // J. Med. Chem. 1984. - V.27. - №4. - P. 536-539.

168. Tsai Y.-C., Liou J.-P., Liao R., Cheng C.-Y, Tao P.-L. C-Alkylated spirobenzofuran-3(2H),4'-l'-methyl-piperidine 7-ols. as potent opioids: a conformation-activity study.// Bioorg. Med. Chem. Lett. 1998.-V.8. -№14.-P. 1813-1818.

169. Zimmerman D.M., Cantrell B.E., Swartzendruber J.K., Jones N.D., Mendelsohn L.G., Leander J.D., Nickander R.C. Synthesis and analgesic properties of N-substituted trans-4a-aryldecahydroisoquinolines. // J. Med. Chem. 1988. - V.31. - №3. - P. 555-560.

170. Lavecchia A., Greco G, Novellino E, Vittorio F, Ronsisvalle G.J. Modeling of k-opioid receptor/agonist interactions using pharmacophore-based and docking simulations. // Med. Chem. -2000. V.43. - №11. - P. 2124-2134

171. Sung S.Y., Way E.L. //J. Pharmacol. Exp. Ther. 1953. - V.109. -P. 244-251.

172. Ziering A., Malatestinic N., Williams T., Brossi A. 3'-Methyl, 8-methyl, and 8-phenyl derivatives of 5,9-dimehtyl-6,7-benzomorphans. // J. Med. Chem. 1970. - V.13. - №1. - P.9-13.

173. Veselovsky A.V., Ivanov Yu.D., Archakov A.I., Lewi P., Jansen P. // J. Mol. Recognit. 2002. - V.15. - P.405-422.

174. Bourdonnec B.L., Belanger S., Cassel J.A., Stabley G.J., Haven R.N., Dolle R.E. trans-3,4-dimethyl-4-(3-carboxamidophenyl)piperidines: a novel class of |i-selective opioid antagonists. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2003. - V.13. - №24. - P. 4459-4462.

175. Awaya H., May E.L., Aceto M.D., Merz H., Rogers M.E., Harris L.S. Racenic and optically active 2,9-dimethyl-5-(m-hydroxyphenyl)morphans and pharmacological comparison with the 9-dimethyl homologues. // J. Med. Chem. 1984. - V.27. - №4. - P. 536-539.

176. Carrol F.I. 2002 Medicinal Chemistry division award address: monoamine transporters and opioid receptors. Targets for addiction therapy. // J. Med. Chem. 2003. - V.46. - №11. -P. 17751794.

177. Albertson N.F. Effect of 9-hydroxylation on benzomorphan antagonist activity. // J. Med. Chem. 1975.-V.18. - №6. - P.619-621.

178. Grundt P., Williams I.A., Lewis J.W., Husband S.M. Identification of a new scaffold foe opioid receptor antagonism based on the 2-amino-l,l-dimethyl-7-hydroxytetralin pharmacophore. // J. Med. Chem. 2004. - V.47. - №21. - P. 5069-5075.

179. Jacobson A.E. Biological Evaluation of compounds for their physical dependence potential and abuse liability. XXII. Drag Evaluation Committee of the college on problems of drag dependence. 1998.

180. Nelson T.D., Davis R.D., Nelson W.L. Syntesis and opioid receptor affinity of a series of aralkyl ethers of 6a- and (3-naltrexol. // J. Med. Chem. 1994. - V.37. - №25. - P. 4270-4277.

181. Portoghese P.S. From models to molecules: receptor dimers, bivalent ligands, and selective opioid receptore probes. // J. Med. Chem. 2001. - V.44. - №14. - P. 2259-2269.