Введение
Химиогеномика, или химическая геномика, - это систематическое скрининг целевых химических библиотек малых молекул против отдельных целевых семейств лекарств (например, GPCR, ядерных рецепторов, киназ, протеаз и т. д.). с конечной целью выявления новых лекарств и целевых лекарственных средств. Обычно некоторые участники целевой библиотеки были хорошо охарактеризованы, где была определена функция и были идентифицированы соединения, которые модулируют функцию этих целей (лиганды в случае рецепторов, ингибиторы ферментов или блокаторы ионных каналов). Другие члены целевого семейства могут иметь неизвестную функцию без известных лигандов и, следовательно, классифицируются как рецепторы-сироты. Выявление результатов скрининга, которые модулируют активность менее хорошо охарактеризованных членов целевого семейства, позволяет выяснить функцию этих новых целей. Кроме того, результаты поиска по этим целям могут быть использованы в качестве отправной точки для разработки лекарств. Завершение проекта по изучению генома человека предоставило множество потенциальных целей для терапевтического вмешательства. Химиогеномика стремится изучить взаимодействие всех возможных лекарств на всех этих потенциальных мишенях. Общий метод построения целевой химической библиотеки состоит в том, чтобы включать известные лиганды по крайней мере одного и предпочтительно нескольких членов целевого семейства. Поскольку часть лигандов, которые были разработаны и синтезированы для связывания с одним членом семьи, также свяжется с дополнительными членами семьи, соединения, содержащиеся в целевой химической библиотеке, должны коллективно связываться с высоким процентом целевого семейства.
Стратегия
Химиогеномика объединяет обнаружение мишени и лекарства с помощью активных соединений, которые функционируют как лиганды, в качестве зондов для характеристики функций протеомы. Взаимодействие между небольшим соединением и белком вызывает фенотип. После того, как фенотип будет охарактеризован, мы сможем связать белок с молекулярным событием. По сравнению с генетикой, химиогеномные методы способны изменять функцию белка, а не ген. Кроме того, химиогеномика способна наблюдать взаимодействие, а также обратимость в режиме реального времени. Например, модификация фенотипа может наблюдаться только после добавления конкретного соединения и может быть прервана после его изъятия из среды. В настоящее время существует два экспериментальных химиогеномных подхода: передовая (классическая) химиогеномика и обратная химиогеномика. Передовые химиогеномики пытаются идентифицировать целевые лекарственные препараты, ища молекулы, которые дают определенный фенотип на клетках или животных, в то время как обратные химиогеномики стремятся подтвердить фенотипы, ища молекулы, которые взаимодействуют специально с определенным белком. Оба этих подхода требуют подходящего сбора соединений и соответствующей модели системы скрининга соединений и поиска параллельной идентификации биологических мишеней и биологически активных соединений. Биологически активные соединения, обнаруженные с помощью передовых или обратных химиогеномных подходов, известны как модуляторы, потому что они связываются и модулируют специфические молекулярные мишени, таким образом, они могут использоваться в качестве "целевых терапевтических средств". Основная задача стратегии перспективной химиогеномики заключается в разработке фенотипических анализов, которые немедленно ведут от скрининга к идентификации мишени.
Обратная химиогеномика
В обратной химиогеномике будут выявлены небольшие соединения, которые нарушают функцию фермента в контексте ферментативного теста in vitro. После того, как модуляторы были идентифицированы, фенотип, индуцированный молекулой, анализируется в тесте на клетках или целых организмах. Этот метод позволит определить или подтвердить роль фермента в биологическом ответе. В случае исследования ТКМ был оценен терапевтический класс " тонизирующего и восстанавливающего лекарства " . Терапевтические действия (или фенотипы) этого класса включают противовоспалительную, антиоксидантную, нейропротекторную, гипогликемическую, иммуномодулирующую, антиметастатическую и гипотензивную активность. В качестве мишени были определены белки транспортировки натриевой глюкозы и PTP1B (регулятор сигнализации инсулина), которые связаны с предполагаемым фенотипом гипогликемии. В исследовании касалось антираковых препаратов. В этом случае программа прогнозирования цели обогащалась для целей, непосредственно связанных с прогрессированием рака, таких как стероидная 5 альфа-редуктаза и синергетические цели, такие как насос для выброса P gp. Эти целевые связки фенотипа могут помочь определить новые MOA. Помимо ТКМ и Аюрведы, химиогеномика может применяться на ранних стадиях разработки лекарственных препаратов для определения механизма действия соединения и использования геномных биомаркеров токсичности и эффективности для применения в клинических испытаниях фазы I и II.
Выявление новых целевых групп наркотиков
Химиогеномное профилирование может быть использовано для выявления совершенно новых терапевтических целей, например, новых антибактериальных агентов. В исследовании использовалась наличие существующей библиотеки лигандов для фермента, называемого murD, который используется в синтезе пептидогликана. Опираясь на принцип сходства химиогеномики, исследователи сопоставили библиотеку лигандов murD с другими членами семейства мур лигаз (murC, murE, murF, murA и murG), чтобы определить новые мишени для известных лигандов. Ожидается, что идентифицированные лиганды будут широкоспектровыми Грам- отрицательными ингибиторами в экспериментальных анализах, поскольку синтез пептидогликана является исключительным для бактерий. Структурные и молекулярные исследования стыковки выявили лиганды-кандидаты для murC и murE лигаз.
Определение генов в биологическом пути
Через тридцать лет после определения посттрансляционно модифицированного гистидинового производного дифтамаида, химиогеномика была использована для обнаружения фермента, ответственного за заключительный этап его синтеза. Дифтамид является посттрансляционно модифицированным остатком гистидина, обнаруженным на коэффициенте удлинения трансляции 2 (eEF 2). Первые два этапа биосинтеза, ведущих к дифтини, были известны, но фермент, ответственный за амидацию дифтина в дифтамаид, оставался загадкой. Исследователи использовали данные о совместимости Saccharomyces cerevisiae. Данные о совместной пригодности - это данные, представляющие собой сходство пригодности к росту при различных условиях между любыми двумя различными штаммами делеции. Предполагая, что штаммы, не содержащие ген дифтамаид-синтетазы, должны иметь высокую совместимость с штаммами, не содержащими другие дифтамаид-биосинтезирующие гены, они определили ylr143w как штамм с наибольшей совместимостью со всеми другими штаммами, не содержащими известные дифтамаид-биосинтезирующие гены. Последующие экспериментальные анализы подтвердили, что YLR143W необходим для синтеза дифтамида и является недостающей дифтамидной синтетазой.