Syntetisk DNA - fremtidens lægemidler ?

Præsentationer af emnet: "Syntetisk DNA - fremtidens lægemidler ?"— Præsentationens transcript:

1 Syntetisk DNA - fremtidens lægemidler ?
Kemikerens synsvinkel Poul Nielsen, Institut for Fysik og Kemi, SDU

2 Cellen Lidt om lægemidler generelt www.nobelprize.org
Cellen som livsenhed. Lægemidler virken inden i cellen eller udenpå!

3

4 Nutidens lægemidler Virus Cancer små molekyler billige
reagerer med bestemte proteiner bivirkninger gamle kendinge Aspirin Salbutamol Masser af udfordringer COX-hæmmer Metoprolol Penicillin Virus HAART – effektiv kombinationsbehandling af HIV-infektion Cancer Kemoterapi med cellegifte

5 > 90% af alle lægemidler virker på proteiner

6

7 Udvikling af lægemidler
Fra naturen Tilfældigheder Rationelt design Fremstilling og tests af tusindvis af stoffer Generelt færre nye lægemidler

8

9 Udtrykkelse af genetisk information: fra DNA via mRNA til Protein

10 Udtrykkelse af genetisk information: fra DNA via mRNA til Protein
Kræft celler deler sig ukontrolleret, meget DNA dannes. > 90% af alle lægemidler virker på proteiner lægemidler mod cancer virker mod DNA (uden selektivitet) flere antibiotika virker mod bakterielle ribosomer

11 J. Wengel, Aktuel Naturvidenskab, 2000, 6, 8-11

12 DNA og RNA

13 J. Wengel, Aktuel Naturvidenskab, 2000, 6, 8-11

14 Udvikling af bedre lægemidler
Udvikling af bedre lægemidler ? - Forbedret behandling af kræft - Virussygdomme - Andre genetisk betingede sygdomme

15 Kræft Mere end 10 mio. mennesker diagnosticeres med cancer hvert år, og tallet er stigende På trods af kirurgi, strålebehandling og kemoterapi vil kun ca. 50% overleve en cancer Næst efter kredsløbssygdomme er cancer den hyppigste dødsårsag

16 Hvad er problemet? Der findes mange effektive lægemidler til bekæmpelse af cancer. Et problem er, at de effektive lægemidler er meget giftige og derfor ikke kun dræber syge celler men også raske celler.

17 J. Wengel, Aktuel Naturvidenskab, 2000, 6, 8-11

18 Antisense DNA lægemidler: - Korte DNA-strenge som ”ideelle” lægemidler  Målet er at slukke for biosyntesen af et f.eks. kræftfremkaldende protein  Ved præcist at ramme genet for dette protein undgås bivirkninger

19 Syntetisk DNA som lægemidler ?
Effektiv fremstilling Stærk binding til RNA Fysiologisk stabilitet Levering i cellerne Dyreforsøg

20 Fremstilling af DNA ? – opbygning af en DNA duplex
Kemisk syntese

21 DNA og RNA

22 Automatisk syntese af DNA

23 Syntetisk DNA som lægemidler ?
Effektiv fremstilling Stærk binding til RNA Fysiologisk stabilitet Levering i cellerne Dyreforsøg OK

24

25 Stærk binding til RNA - affinitet og specificitet?

26 Kemisk modifikation nødvendig !
Syntetisk DNA som lægemidler ? Effektiv fremstilling Stærk binding til RNA Fysiologisk stabilitet Levering i cellerne Dyreforsøg OK (OK) Nej ! Kemisk modifikation nødvendig !

27 Syntetiske DNA-analoger

28 LNA (Locked Nucleic Acid)
Sanjay K. Singh, Poul Nielsen, Alexei A. Koshkin and Jesper Wengel: LNA (locked nucleic acids): synthesis and high-affinity nucleic acid recognition Chem. Commun. 1998,

29 LNA’s sukker-ring har fastlåst struktur
RNA DNA

30 LNA som lægemidler ? Effektiv fremstilling Stærk binding til RNA
Fysiologisk stabilitet Levering i cellerne Dyreforsøg OK

31 Syntese af LNA ? ?

32 Automatisk syntese af DNA

33 Syntese af LNA byggesten

34 LNA som lægemidler ? Effektiv fremstilling Stærk binding til RNA
Fysiologisk stabilitet Levering i cellerne Dyreforsøg OK OK !!

35 Affinitet overfor RNA LNA: Stigning i Tm på 3-90C per LNA-monomer

36 LNA som lægemidler ? Effektiv fremstilling Stærk binding til RNA
Fysiologisk stabilitet Levering i cellerne Dyreforsøg OK OK !!

37 LNA er stabilt mod nedbrydning
a-L-LNA-1 5'-C(aLAL)C(aLAL)C(aLTL)C(aLAL)A(aLTL)A)-3' LNA-1 5'-d(C(AL)C(AL)C(TL)C(AL)A(TL)A)-3' a-L-LNA-2 5'-aL(MeCAMeCAMeCTMeCAATA)L-3' LNA-2 5'-(MeCAMeCAMeCTMeCAATA)L-3'

38 LNA som lægemidler ? Effektiv fremstilling Stærk binding til RNA
Fysiologisk stabilitet Levering i cellerne Dyreforsøg OK OK !!

39 LNA kan trænge igennem cellemembraner (MCF-7 celler)

40

41 LNA som lægemidler ? Effektiv fremstilling Stærk binding til RNA
Fysiologisk stabilitet Levering i cellerne Dyreforsøg OK OK !!

42 LNA hæmmer tumor-vækst i mus
Cur616: 5’-(TCGCCGTAGCGCAGCT)L

43 Virker LNA som antisense lægemiddel?
LNA binder utrolig stærkt til komplementært DNA og RNA

44

45

46 LNA er i Fase I/II som antisense lægemiddel (Santaris Pharma A/S)

47 Virker LNA som antisense lægemiddel?
LNA er lovende som element i fremtidens lægemidler Den videre udvikling foregår i Exiqon A/S og Santaris Pharma A/S Vi prøver at finde noget endnu bedre – Samspil imellem kemi og biologi

48

49 Stærk binding til RNA - affinitet og specificitet?

50 Igangværende forskning i gruppen
Click chemistry til at placerere aromatiske ringe i dupleksens major groove: Petr Kočalka, Nicolai K. Andersen, Frank Jensen and Poul Nielsen, ChemBioChem. 2007, 8, 2106. Nicolai K. Andersen, Lucie Spacilova and Poul Nielsen, Unpublished results.

51 Ab initio beregning på en modelforbindelse

52 Tm (100 mM Na+) DNA:DNA and DNA:RNA duplexes 33.0º 31.0º 28.0º 5.0º
DNA-target RNA-target = X 3´-CAC AAA ACG-3´ 3´-CAC AAA ACG-3´ 33.0º 31.0º 5´-GTG TTT TGC3´ 28.0º 5.0º 29.0º 5.0º 5´-GTG TXT TGC-3´ 5´-GTG XXX XGC-3´ 32.0º 0.2º 51.5º +5.1º Petr Kočalka, Nicolai K. Andersen, Frank Jensen and Poul Nielsen, ChemBioChem. 2007, 8, 2106. Nicolai K. Andersen, Lucie Spacilova and Poul Nielsen, Unpublished results.

53 MD-simulation– DNA:RNA

54 Imanishi and co-workers, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2002, 12, 73.
LNA-analogues LNA ENA Imanishi and co-workers, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2002, 12, 73. Imanishi and co-workers, Bioorg. Med. Chem. 2003, 11, 2211. amino-LNA Wengel and co-workers J. Org. Chem.1998, 63, Wang and co-workers, Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999, 9, 1147. Imanishi and co-workers, Bioorg. Med. Chem. 2006, 14, 1029. Nanna Albæk, Michael Petersen and Poul Nielsen, J. Org. Chem. 2006, 71, 7731.

55 Gerald Enderlin and Poul Nielsen, J. Org. Chem. 2008.
Enyne metathesis Surender Kumar, Marianne H. Hansen, Nanna Albæk, Signe I. Steffansen, Michael Petersen and Poul Nielsen, J. Org. Chem “Forgrenet” LNA v.h.a. Click Chemistry Gerald Enderlin and Poul Nielsen, J. Org. Chem

56 Syntetisk DNA – fremtidens lægemidler ? Andre trends
siRNA DNA nanoteknologi

57

58 siRNA (small interfering RNA)

59 DNA nanoteknologi DNA origami Kjems, Gothelf et al. Nature, 2009

60 DNA nanomaskiner J.Bath and A. J. Turberfield, Nature Nanotechnology 2007, 2,

61 Anvendelse og evaluering
Udvikling af et nyt lægemiddel Idé Test af stoffer Syntese af stoffer Produktion Kliniske tests III Kliniske tests I og II Godkendelse Anvendelse og evaluering

62 Uddannelse og lægemidler
Farmaceut-uddannelse på SDU fra 2010 Naturvidenskab Kemi Biokemi og molekylær biologi Biomedicin Medicin Ingeniør