Opracowanie metody projektowania i oceny nowych inhibitorów β-sekretazy

In the introduction of thesis I had discussed issues related with a contribution of β-secretase 1 in an Alzheimer disease progress. Pathophysiological changes caused by this enzyme, benefits related to its inhibition and structure of this protein were described. In the theoretical part methods used in molecular modeling were also introduced and current trend of their application in the design of BACE-1 inhibitors was determined. Further development and requirements of the BACE-1 inhibitors were presented.In the practical section of thesis development of an in silico evaluation method for the β-secretase 1 ligands were undertaken based on docking simulations with AutoDock Vina. For this purpose a number of variables affecting docking process such as docking parameters, method of protein preparation and its modification were examined using group of the 28 BACE-1 crystal structures. It allowed to design the universal method capable of reliably reproducing ligand arrangement in the receptor and correctly evaluating its biological activity. After development of method designing of new β-secretase inhibitors has been started. Ligands were designed using de novo method by modifications of 17 basic structures. During this stage a strong emphasis was put on optimal physicochemical properties for those compounds, particular attention was paid to reduce risk of interaction with P-gp. In the end 587 ligands have been obtained from which those with high inhibitory activity and optimal ADME parameters were selected. Based on the performed research it can be assumed that selected inhibitors are either promising drug candidates or lead compounds for further modification.

We wstępie pracy omówiono rolę β-sekretazy 1 w chorobie Alzheimera. Opisano zmiany patofizjologiczne powodowane przez ten enzym, korzyści wynikające z jego inhibicji, a także przybliżono strukturę tego białka. W części teoretycznej przedstawiono także metody wykorzystywane w modelowaniu molekularnym oraz podsumowano obecny trend ich zastosowań przy projektowaniu nowych inhibitorów BACE-1. Dalej scharakteryzowano wymagania stawiane inhibitorom tego enzymu oraz przedstawiono dotychczasowy rozwój tej grupy związków.W części praktycznej podjęto się opracowania metody oceny ligandów β-sekretazy 1 z wykorzystaniem metod in silico, opartych na dokowaniu programem AutoDock Vina. W tym celu na grupie 28 struktur krystalicznych BACE-1 przebadano szereg zmiennych wpływających na proces dokowania takich jak np. parametry dokowania, sposób przygotowania białka i jego modyfikacje. Pozwoliło to stworzyć uniwersalną metodę wiarygodnie odwzorowującą ułożenie ligandów w receptorze oraz dobrze oceniającą ich aktywność biologiczną. Po obszernym etapie opracowania metody zajęto się projektowaniem nowych inhibitorów β-sekretazy 1. Ligandy projektowano metodą de novo przez modyfikowanie struktur 17 elementów podstawowych. Przy projektowaniu tych związków duży nacisk położono na zapewnienie im optymalnych właściwości fizykochemicznych szczególną uwagę zwracając na zmniejszenie ryzyka interakcji z P-gp. Ostatecznie otrzymano 587 ligandów, z których wybrano szereg związków łączących wysoką aktywność inhibitorową i dobre wartość parametrów ADME. Na podstawie przeprowadzonych badań można uznać wybrane inhibitory za obiecujących kandydatów na leki lub struktury do dalszej modyfikacji.