Циклы порождают циклы

В последнем разделе последней главы должно было бы содержаться, как полагается, подведение итогов. Но, имея дело с описанием современного состояния пептидного драг-дизайна, рассчитывать на это не приходится. И тем не менее попытаемся резюмировать: к началу восьмидесятых годов благодаря успехам в синтезе цикло- и бициклоаналогов мысль о полезности закрепления биологически активных конформаций пептидных биорегуляторов в целом была поддержана основной массой пептидных драг-дизайнеров. В самом деле, в случае удачной "конструкции" аналога пространственные структуры которого ограничены, можно получить соединение с повышенной эффективностью комплексообразования с рецепторами, причем не вообще со специфическими рецепторами, а даже с определенной их разновидностью, да еще и с очень важным свойством устойчивости по отношению к хищникам-ферментам.

И эти качества, как показал эксперимент, вовсе не являются какими-то абстрактными, предполагаемыми для циклоаналогов теоретиками, - нет, они реально оказались присущими уже синтезированным пептидным молекулам: это-то и было главным аргументом, убедившим остававшихся скептиков. Поэтому в последнее время циклические аналоги линейных пептидов синтезируются весьма широко: становится все труднее назвать такой класс пептидных биорегуляторов, для которого не было бы предпринято ни одной попытки получения циклоаналога, - все новые и новые сообщения такого рода приходят из США, Франции, Бельгии, Швейцарии, Канады и, конечно же, из нашей страны.

Поскольку циклоаналоги призваны зафиксировать биологически активные конформаций, естественно, что сведения, причем возможно более точные, о подобных конформациях стали пользоваться среди пептидных драг-дизайнеров повышенным спросом.

Однако на сегодняшний день такие сведения - будь то догадки по результатам экспериментальных измерений или модели, предсказанные по расчетным данным,- особой детальностью не отличаются и поэтому существенное значение приобретают методы уточнения наших представлений о биологически активных конформациях. Это необходимо еще и потому, что иногда вопрос о степени доверия к предлагаемым моделям биологически активных структур может иметь принципиальный характер: в качестве примера приведем некоторое замешательство, происшедшее при исследовании "родоначальника" циклических аналогов линейных пептидов - циклобрадикинина.

Сравнительно недавно группа канадских фармакологов убедительно доказала, что природный брадикинин способен образовывать комплексы, по крайней мере, с двумя типами специфических рецепторов, находящимися в разных видах тканей и органов, но связанными (помимо других) с одной и той же биологической реакцией организма - понижением давления крови. Была изучена целая серия, линейных аналогов брадикинина и выявлены аналоги с селективностью действия, то есть в большой степени "предпочитающие" тот или иной тип рецепторов.

Руководствуясь этими данными, советские авторы рассмотрели с помощью теоретического конформационного анализа аналоги, воздействующие на каждый из рецепторов брадикинина в отдельности, и предложили для обоих типов рецепторов модели биологически активных конформаций молекулы, причем эти конформации оказались различными в зависимости от вида рецептора.

С другой стороны, циклоаналог брадикинина, как известно, также проявлял селективность действия, что, вполне вероятно, могло быть связано с закреплением какой-то одной из двух биологически активных конформаций. Проверить это предположение расчетом пространственных структур циклоаналога и сравнением их с предлагаемыми биологически активными конформациями было сравнительно просто, но результаты оказались обескураживающими: ни та ни другая биологически активная структура не вошла в круг устойчивых конформаций молекулы циклобрадикинина!

Стало быть, либо циклоаналог понижает давление крови по иному, "небрадикининовому", механизму (и тогда, выходит, его биологическая активность - просто случайная удача, волосок, на котором висела вся концепция циклических аналогов линейных пептидов: окажись первый синтез неудачным, вряд ли рижане сочли бы, что следует продолжить поиски в этом направлении), либо у брадакинина есть другие, еще не охарактеризованные рецепторы, взаимодействие с которыми приводит к тому же биологическому эффекту, либо... либо появляется сомнение в надежности расчетных методов. Да, к сожалению, как уже неоднократно отмечалось, научная жизнь именно такова: десяток удач в применении того или иного подхода еще не повод для уверенности в одиннадцатой.

Салон

Значит, уточнение предлагаемых моделей биологически активных конформаций действительно совершенно необходимо, и желательно, чтобы оно строилось на основе не какого-то одного приема, а совокупности методов исследования пространственных структур пептидов. И здесь огромной важности роль могут сыграть как раз эффективные циклоаналоги.

Если помните, в прошлой главе мы сокрушались по поводу невозможности выделить из измеряемых "усредненных" структурных характеристик вклады, соответствующие различным устойчивым конформациям молекулы. Но ведь в молекуле циклоаналога число возможных конформаций заранее ограничено, и, следовательно, проблема "усреднения" не будет стоять так остро. А поскольку мы условились, что аналог биологически эффективен, легко понять, что и биологически активная конформация должна быть среди очень немногих энергетически допустимых пространственных структур такого аналога. Все сказанное в целом означает, что в этом случае есть надежда получить экспериментальные данные непосредственно о биологически активной конформации пептида и совместить их со сведениями, извлеченными из расчетного подхода.

Конечно, на этом месте требуется стандартный (как принято говорить: дежурный) пример; однако ниже будет описан пример не совсем обычный и даже чуть-чуть экзотический. Начать хотя бы с того, что здесь фоном изложения должны, несомненно, послужить красные пески, голубое небо, огромные кактусы и ослепительно улыбающиеся наездники в белых стетсоновских шляпах. Так выглядят на присылаемых рекламных фотографиях и рождественских открытках окрестности города Таксона в американском штате Аризона, где расположен университет штата. В университете работает мощная исследовательская группа, во главе которой стоит один из ведущих пептидных химиков США, профессор В. Руби, и которая в последние годы почти полностью переключилась на синтез и исследование пространственных структур циклоаналогов линейных пептидов.

Одним из таких аналогов был цикло-альфа-меланотропин: пептид альфа-меланотропин среди своих прочих функций занимается в организме человека и многих животных регуляцией выделения кожного пигмента, и биологические испытания его аналогов проводятся, как правило, на коже земноводных - лягушек и ящериц. Разумеется, альфа-меланотропин интересует драг-дизайнеров не потому, что они озабочены перекраской лягушек в более приятный для глаза цвет: этот пептид имеет отношение и к таким проблемам, о которых лучше бы вообще не слышать, например, к образованию кожной злокачественной опухоли - меланомы.

Так вот, цикло-альфа-меланотропин, синтезированный в лаборатории В. Руби, обладал совершенно удивительными качествами: чрезвычайно малая его доза, введенная лягушке, делала ее угольно-черной, причем на срок до двух недель. (Надо признаться, что цветные слайды с изображениями черных лягушек рядом с их нормальными желто-зелеными собратьями, которые В. Руби демонстрировал на симпозиуме в Риге, производили на собравшихся большое впечатление.) Иными словами, в данном случае цикл наверняка закреплял биологически активную конформацию природного пептида, что очень резко повышало способность аналога к комплексообразованию со специфическими рецепторами.

Осуществив расчет и линейного пептида, и его цикло-аналога, советские авторы обнаружили, что количество энергетически допустимых пространственных структур циклоаналога действительно крайне невелико и на роль биологически активных конформаций могут претендовать лишь две структуры. Эти данные сразу привлекли внимание В. Руби, и немедленно были начаты работы по экспериментальному изучению пространственной структуры циклоаналога в надежде на дальнейшие контакт с советскими исследователями. Работы продолжают идти: цикло-альфа-меланотропин оказался крепким орешком, и окончательные результаты еще не получены, так что конец и здесь остается "открытым". Но тогда зачем вообще было приводить такой пример, заведомо зная о его незавершенности?

А вот зачем: во-первых, в этом примере уже начинает просматриваться некий общий принцип, пока никем до конца не реализованный, но постепенно выдвигающийся на первый план современного пептидного драг-дизайна, - принцип создания новых аналогов в процессе последовательного уточнения биологически активной конформаций. Вначале из экспериментальных или из теоретических соображений - неважно каким образом - возникает грубое представление о биологически активной структуре; затем эта структура фиксируется за счет получения конформационно-ограниченного аналога (в это понятие входят и циклоаналоги); аналог испытывается в биологическом эксперименте и проявляет либо не проявляет активность; наконец, его конформаций подвергаются экспериментальному и теоретическому исследованию, и данные таких исследований служат основой для уточнения представления о модели биологически активной структуры, после чего цикл: синтез аналога - тестирование активности - изучение пространственной структуры - начинается заново.

А во-вторых, неоконченный пример с цикло-альфа-меланотропином потому и не окончен, что действие продолжается сейчас, сию минуту и привести еще более свежую историю было бы и вправду затруднительно.

Иными словами, наш рассказ о развитии пептидного драг-дизайна подошел к концу, ибо мы уже затронули в буквальном смысле слова сегодняшние проблемы этой области; как пойдет развитие дальше, можно лишь предполагать. Вспомним основные этапы уже пройденного нами пути: сначала мы констатировали, что организм - сложная система и пептидные молекулы - один из тончайших и безошибочных инструментов ее регуляции.

Далее внимание было обращено на то, что пептидные биорегуляторы в силу своих функций в организме способны стать очень хорошими лекарствами, со специфичным действием и отсутствием токсичности, но неустойчивыми и быстро распадающимися, так что еще лучшими кандидатами в лекарственные средства являются их аналоги - молекулы пептидных биорегуляторов с определенными модификациями. Но модификации следует проводить целенаправленно и, в частности, так, чтобы пространственная структура пептидного аналога была в высокой степени комплементарна структуре рецептора - молекулярного образования в мембране клетки, которое является необходимым посредником для воздействия пептидного биорегулятора на организм.

Затем мы кратко рассмотрели теории и гипотезы о том, от чего зависит акт взаимодействия пептида с рецептором, и ознакомились с методами изучения пространственной структуры пептидов. Отдельно были обсуждены понятие биологически активной конформации пептидной молекулы и способы получения сведений об этой пространственной структуре. И наконец, мы описали наиболее типичные примеры неудач и успехов при попытках фиксирования биологически активной конформации путем создания циклических аналогов. Пока на этом приходится ставить точку.

Что же касается перспектив пептидного драг-дизайна на будущее, то здесь автор может опять-таки поделиться только своими личными соображениями, и лишь время покажет, окажутся ли они справедливыми.

Так, вслед за тщательным исследованием пространственной структуры пептидов (то есть сигнатуры, отвечающей за комплексообразование с рецепторами) было бы желательно столь же тщательно изучить, какие именно функциональные группы молекул отвечают за активацию рецепторов, вызывающих иной биологический эффект (если, конечно, здесь вообще существует какая-либо закономерность).

Заманчивым представляется создание "псевдопептидных" соединений, где было бы сохранено взаимное пространственное расположение биологически важных функциональных групп молекулы, но "укрепленных" на остове иной химической природы, чем пептидный: такие соединения были бы куда устойчивее настоящих пептидов (хотя, впрочем, по-видимому, и токсичнее).

По-настоящему же новая эра в "проектировании" пептидных лекарств откроется, когда биохимия сможет установить детали молекулярного строения рецепторов пептидных биорегуляторов: хотелось бы надеяться, что и автор и читатели доживут до такого момента и, более того, окажутся в состоянии воспринять новые идеи, которые, безусловно, хлынут в пептидный драг-дизайн в результате этих революционных открытий.