[发明专利]获得改善的治疗性配体的方法及由此获得的治疗性配体

说明书

本发明提供了涉及从头设计将与大分子靶的结合位点结合的配体或者鉴定用于改善配体对大分子靶的结合位点的亲和性的配体修饰的方法和相关的设备，其包括使用从生物大分子的数据库中提取的关于非键合的分子间或分子内原子与原子接触的信息，以鉴定针对特定原子类型，与结合位点相邻的有利区域，以及修饰候选配体以增加候选配体的原子与有利区域之间的交叉。可以通过计算机来实施本方法的一个或多个步骤。

本发明涉及获得改善的治疗性配体，特别是通过确定现有或候选配体可如何被修饰以改善该配体在靶蛋白质上的结合位点处的结合或者通过帮助将作为前体的候选配体从头设计成治疗剂来获得。

治疗性分子(配体)分成2种不同的类别：化学实体(或新型化学实体，NCE)和生物制品。前者为低分子量有机化合物，其分子量通常为500道尔顿或更低，并且是化学合成的或分离自天然产物。这些化合物通常衍生自通过筛选化学或天然产物文库而发现的起始化学物质或“苗头化合物”。这样的苗头化合物通常对靶具有亚最佳的结合亲和性，并且需要在化学修饰中大量的反复试验以获得针对靶的较好的亲和性(通常具有低微摩尔或更低的亲和常数(K_D))。优选的是，苗头化合物具有较低的分子量(例如，300道尔顿或更低)，以便随后的化学修饰不会超过500道尔顿的界限。这些苗头化合物通常被称为“片段”。用以获得候选治疗性分子或前导分子的苗头化合物优化通过结构信息而大幅增强；例如通过获得与苗头分子或片段共复合的蛋白质的x射线晶体结构。这样的数据提供了对于小分子在靶蛋白质上的结合位置的洞察，并且重要的是表明了该两者之间的原子相互作用如何导致结合。此外，揭示了紧紧围绕所结合的苗头化合物的蛋白质表面的拓扑性质；具体而言，如果其为裂沟或口袋，则该结构将表明所述苗头化合物可如何经过精细的加工以更好地填充口袋内的空间以及如何与蛋白质进一步相互作用并由此改善结合亲和性和特异性。

有大量的基于计算机的算法可以用来帮助医药药剂师对苗头化合物的化学精细加工进行合理的选择。这些是基于物理学的方法(其试图根据第一原理来计算小分子与蛋白质之间的结合自由能)(例如Schrodinger(RTM)软件套件)或统计势方法(其依赖于从蛋白质-小分子结构的集合提取的原子相互作用的数据库)(例如SuperStar)。

生物制品为大的肽或蛋白质分子(其分子量超过1000道尔顿)。它们通常为识别并结合靶分子的抗体或抗体样分子，其通常具有比NCE更好的亲和性和特异性(低纳摩尔或更低的K_D)。它们还可以为其它类型的蛋白质分子，例如激素、细胞因子、生长因子或可溶性受体。

候选生物治疗性分子与结合位点的结合可以通过使该候选治疗性分子突变来修饰。这可被需要来改善结合亲和性或改变结合特异性。然而，实施突变以及检验突变分子的结合效率是相对耗时的。在得到结合效率的改善之前可能需要许多不同的突变。

已知使用计算机来预测可能是最有效的修饰类型。然而，给定的分子可以以巨大量的方式修饰，并且难以配置计算机以使得预测可以在实用的时间段内可靠地实现。

Laskowski R A,Thornton J M,Humblet C&Singh J(1996)“X-SITE:use ofempirically derived atomic packing preferences to identify favourableinteraction regions in the binding sites of proteins”,Journal of MolecularBiology,259,175-201公开了基于计算机的方法，其用于鉴定针对蛋白质表面上(例如在二聚体界面上或在分子识别或结合位点上)不同原子类型的有利相互作用区域。Laskowski等人的预测基于关于在高分辨率蛋白质结构中所观察到的非键合的分子内接触的经验数据的数据库。