Obiettivo della Ricerca
i Nostri obiettivi sono di design, chimicamente sintetizzare e caratterizzare farmacologicamente nuovi agonisti e antagonisti per i quattro sottotipi di recettori dell’adenosina (ARs) e otto sottotipi di recettori P2Y e di esplorare il loro potenziale per il trattamento di malattie umane condizioni.
Ricerca attuale
Sono un chimico medicinale con interessi nella struttura e farmacologia dei recettori e nello sviluppo di farmaci che agiscono come agonisti o antagonisti dei recettori accoppiati alle proteine G (GPCR). Il mio attuale focus è sui recettori per le purine, che comprendono sia i recettori dell’adenosina che i recettori P2, che sono attivati da ATP, UTP e altri nucleotidi extracellulari. Il mio laboratorio ha adottato un approccio interdisciplinare allo studio degli aspetti chimici e biologici di questi recettori. Abbiamo utilizzato approcci di modellazione convergente, mutagenesi e attività di struttura per raccogliere informazioni sulla struttura tridimensionale dei recettori e sulla sua relazione con le funzioni di legame e attivazione. La determinazione delle strutture cristallografiche a raggi X del recettore P2Y1 e di un recettore dell’adenosina A2A legato ad agonisti da parte del nostro laboratorio in collaborazione con Ray Stevens dello Scripps Research Institute sta fornendo un nuovo percorso per la progettazione di farmaci che agiscono su questi recettori. Abbiamo sviluppato un approccio congenere funzionalizzato alla progettazione di farmaci che consente l’inclusione di gruppi reporter come i fluorofori. Nuovi ligandi (piccole molecole) per questi recettori sono sviluppati utilizzando approcci sintetici classici e anche con metodi semirazionali basati sulla modellazione molecolare e sulla progettazione di modelli. I recettori sono modellati al computer dall’omologia ai GPCR di struttura nota e i modelli per il riconoscimento del ligando sono testati e raffinati utilizzando la mutagenesi diretta al sito delle proteine del recettore. Recentemente, il coinvolgimento di loop extracellulari di GPCRs è stato implicato nel legame recettoriale di piccole molecole. Siamo interessati a correlare la struttura dei recettori e dei piccoli farmaci molecolari con proprietà farmacologiche.
Le sostanze sviluppate come agenti potenti e selettivi che agiscono attraverso l’adenosina e i recettori P2 si sono dimostrate utili come sonde farmacologiche e hanno un potenziale per il trattamento di malattie del sistema nervoso centrale, del sistema immunitario e del sistema cardiovascolare. Le realizzazioni recenti includono la progettazione e la sintesi degli agonisti e degli antagonisti altamente potenti e selettivi del ricevitore dell’adenosina A3, facendo uso di una combinazione di selezione della biblioteca e di ottimizzazione dei leganti conosciuti del ricevitore dell’adenosina. Queste sostanze hanno dimostrato di essere efficaci nei modelli di trattamento per glaucoma, cancro, ictus e ischemia cardiaca. Due agonisti selettivi del recettore dell’adenosina A3 sviluppati nel nostro laboratorio sono attualmente in studi clinici per carcinoma epatocellulare, glaucoma, psoriasi e artrite reumatoide. Recentemente abbiamo pubblicato in collaborazione con Daniela Salvemini della St. Louis University l’effetto protettivo degli agonisti A3 in modelli animali di dolore neuropatico. Questa condizione può accompagnare il trattamento con farmaci chemioterapici per il cancro. Pertanto, gli agonisti A3 potrebbero potenzialmente ridurre questo effetto collaterale e consentire al trattamento anti-cancro salvavita di continuare. Abbiamo scoperto agonisti A3 altamente specifici che riducono il dolore neuropatico nel topo e nel ratto e ne impediscono lo sviluppo. Recentemente abbiamo trovato un agonista del recettore dell’adenosina A1 che ha effetti antiseizure nei topi senza alcuni degli effetti collaterali associati a tali agonisti in passato. Abbiamo sintetizzato i primi antagonisti selettivi del recettore P2Y1 attraverso la funzionalizzazione dei nucleotidi adeninici. Gli antagonisti sono stati ottimizzati con l’aiuto della modellazione dell’omologia dei recettori. Queste sostanze si sono dimostrate efficaci nei modelli di trattamento anti-trombotico, a causa del blocco degli effetti proaggregatori dell’ADP. Le sonde farmacologiche progettate nella nostra sezione sono state utilizzate per dimostrare la connessione tra i recettori delle purine e l’apoptosi (morte cellulare programmata). Gli agonisti del recettore dell’adenosina A3 a basse concentrazioni e gli agonisti del recettore P2Y6 hanno effetti antiapoptotici. Inoltre, gli agonisti P2Y6 promuovono il rilascio di insulina nelle cellule delle isole pancreatiche. Attualmente stiamo esplorando il ruolo di vari recettori P2Y nel topo.
Un altro potenziale metodo di utilizzo degli effetti protettivi dell’attivazione AR è stato raggiunto attraverso l’ingegneria dei recettori. I recettori dell’adenosina A3 mutanti costitutivamente attivi, in linea di principio, potrebbero essere forniti da vettori mirati ai tessuti per la terapia genica. Inoltre, abbiamo introdotto l’approccio dei neocettori, destinati anche ad un eventuale utilizzo in terapia genica, in cui il sito di legame agonista putativo viene ridisegnato per accettare solo molecole agoniste alterate in modo complementare. La comprensione nel riconoscimento degli agonisti dai ricevitori può essere ottenuta facendo uso della mutagenesi site-diretta e della modellizzazione molecolare. Stiamo esplorando questo approccio concettualmente con ligandi agonisti su misura (“neoligandi”) che sono selettivi per il neocettore e non per il recettore nativo, in combinazione con la mutagenesi del recettore. Il concetto di neocettore è stato finora applicato ai recettori dell’adenosina A1, A2A e A3.
Applicando la nostra ricerca
I nostri ligandi selettivi del recettore sono utilizzati come sonde farmacologiche del ruolo dei nucleosidi e nucleotidi extracellulari nel cervello e nei tessuti periferici. Più di 35 composti del nostro laboratorio sono disponibili in commercio come strumenti di ricerca e vengono utilizzati per far progredire la ricerca in centinaia di laboratori (PDF, 175.4 KB) . I nostri studi interni e collaborazioni esterne includono studi sul ruolo di questi recettori e possibili trattamenti per, trombosi, morbo di Parkinson, malattie infiammatorie, cancro, diabete, dolore neuropatico cronico ed epilessia.
Necessità di ulteriori studi
La relazione tra struttura del farmaco e attività biologica richiede ulteriori indagini. Lo studio dei GPCR, compresi i recettori purinergici, fornisce promettenti strade per lo sviluppo di nuove terapie farmacologiche per il trattamento di malattie croniche.
