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熱帯雨林からの天然物が新薬の補充可能な供給源として進化する役割リード

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天然物からの創薬における現代的なアプローチ

質量分析、NMRおよび他の分光技術、二分子標的または細胞ベースのスクリーニング、早期ヒット特性評価および計算方法の利用における新しい技術の到来により、HTSベースの創薬における天然物の影響が改善された。 天然物抽出物は、分離が困難な成分を含む多数の成分を含むことが多い。 純粋な化合物の明確な構造は、紫外線吸収分光法(UV)、IR、MSおよびNMRのような従来の技術の組み合わせによって決定することができる。 まれに、絶対配置を決定することが困難な場合には、単結晶X線分析が採用される。 従来の分離技術は時間がかかり、面倒です。 HPLC-FTIRのような効率的な分光技術による熟練した分離技術の直接ハイフネーションを使用して、デプリケーションプロセスをサポートすることができます。 HPLC−FTIRは、混合物の主成分中の官能基を検出するために使用されてきたが、相溶性の制限のために広範な適用が見出されていない;すなわち、適切な検出を伴う最適な分離を得ることである。

天然物からの創薬における新しい技術の一つは、cetek CorporationとCubistが最初に開発したスクリーニングプログラムにおけるキャピラリー電気泳動(CE)の使用です。 試金は配座および表面電荷の変更によるそれに配位子が結合するとき蛋白質の転位の検出によって活動的な天然産物の混合物/エキスを識別でき。 CE技術は、それらの濃度を決定する前に抽出物中の弱い結合化合物と強い結合化合物とを区別することができる。 この技術は、タンパク質の正しい折り畳みと安定性を維持する役割を担う分子シャペロニンである癌標的HSP90を阻害する新規天然産物化合物を発見するCetekの内部創薬プログラムに適用されている。 Wangらによって最近報告された別の興味深い例。液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析(LC-M S/M s)と組み合わせたCE法を植物抽出物のスクリーニングに適用し,新しいプロテインキナーゼ阻害剤として基数scutellariaeからバイカリンと呼ばれる天然化合物を同定することに成功した。 別の別の研究では、ZhaoとChenは、伝統的な漢方薬からのノイラミニダーゼ阻害剤のスクリーニングのためのグルタルアルデヒド架橋技術によってfacbricated簡単で効 ババチニン、ババチン、バイカレイン、バイカリン、クリシン、およびビテキシンを含む十八の天然産物のうち六つは、スクリーニングから強力な阻害剤として発見されている。 この章の認識に値するセリウムのある重要な面はサンプルおよび試薬の消費の使い易さ、多様性および高リゾリューションの分離の部品、高い分離

フローインジェクション分析-NMR(FIA-NMR)は、サンプルを包含し、これをプラグとして流体流に注入し、NMR検出コイルに掃引する。 FIA−NMRでは、移動相は、注入された試料を注入口からNMRフローセルに移送する液圧プッシュ溶媒として使用される。 溶媒ピークの位置を決定するために使用されるスカウトスキャンは、ポンプが停止すると分光計によって取得されます。 最後に、NMRフローセルからの古いサンプルを洗い流すことができるように、信号が溶媒ポンプに送られる。 HPLC-NMR-MSは、天然物抽出物の脱複製に使用される新規で最先端の分光法です。 最も効果的な方法であるにもかかわらず、上記の前記ハイフネーション方法論の利点は、MSデータをNMRスペクトルに一致させることである。 また、官能基の情報(例えば、 HPLC−NMRによって送達されるヒドロキシル部分およびアミノ部分)は、MS技術によって容易に同定される。 高磁場磁石とクライオプローブの出現は、HPLC-NMRが強力で効果的な分光器であることを証明し、粗抽出物に適用された(PDA HPLC検出からのNMRおよびUVプロフ より高い分野の磁石の利用およびマイクロコイルHPLC-NMRおよび40-120µ lの順序で検査されるべきサンプルの少量を可能にした毛管NMR(CapNMR)の最近の開発による天然物の側面図を描く感受性そして脱複製に重要な改善がある。 マイクロコイルHPLC-NMRは、オンラインHPLC-NMRに最適で、オンフロー、ストップフロー、またはタイムサイレンシング実験を使用してより高い濃度で存在する成分を分離し、同じ分析を行うのに対し、キャピラリー NMRは非重水素化溶媒をオフラインHPLC分離で使用するため、低コストで幅広い溶媒を提供する。 単離された化合物を重水素化溶媒に再溶解し、約6μ lの体積を用いてCapNMRフロープローブに注入し、1H-NMRスペクトルを2-30μ gの順に試料量で取得し、感度を高め、新規低レベルの二次代謝産物を分類する。

上記に加えて、1Dおよび2D NMRスペクトルから得られた情報は、抽出物中の成分の”忠実度の高い”スナップショットの提供に加えて、化合物を分類するのに十分であり、したがって、トップ分画法についての合理的な決定または単離をさらに進めるための情報を提供する。 多くの最近の出版物は、このアプローチを使用して報告されています。天然物の同定/分類におけるHPLC-NMRの技術と利用は文献でよく認識されているが,その用途の適用は主に植物の化学プロファイリングのみを扱ってきた。 HPLC-NMRの多数のモード(主にオンフローモードとストップフローモード)は、NMRによって提供される構造理解とインターフェイスされているクロマトグラフィーの解 還元主義的アプローチは、癌、代謝、心臓血管および神経疾患などの複雑な疾患を治療するための効果的な薬物を発見することにあまり成功していない。 単一標的薬物は、特定の標的を正常に阻害または活性化しても、必ずしも生物学的系全体に所望の効果を誘導するとは限らない。創薬における還元主義的アプローチまたはモノターゲットアプローチの使用には限界がある。 このアプローチは、癌、心血管疾患および神経変性疾患などの全身性疾患の複雑な病因およびマルチターゲット病理の限られた理解をもたらす。 そのような複雑さを標的とするための関連する介入を特定することは困難である。 弾丸ベースまたはモノターゲット薬物介入は、複雑な生物学的ネットワークによって調節され、進行する遺伝的および環境的課題の複数のステップに依存 近年、システム生物学と薬理学を統合したネットワーク薬理学による天然物からの創薬に革新的なアプローチを使用する関心が高まっています。 ネットワーク薬理学における複数の標的、複数の効果および複雑な疾患の統合された学際的な概念は、複雑な病因および全身性疾患のマルチターゲッ システム生物学における”-omic”技術は、現在、ヒトの疾患および薬物作用の複数の標的およびネットワークを相関させ、解明するために広く使用されている。 ネットワーク薬理学の概念は、漢方薬の治療効果を現代の生化学的および生物学的意味に正確に翻訳および解釈するのに特に有用である。 漢方薬はネットワークベースの複数のターゲット薬剤の発見のための貴重な資源として役立つかもしれません。 ネットワーク薬理学の概念は、漢方薬の治療効果を現代の生化学的および生物学的意味に正確に翻訳および解釈するのに特に有用である。 ハーブエキスからのマルチターゲット薬の有効性は、相乗的かつ最適な組み合わせに到達するために、その主要な生物活性成分の同定と主要な生物活性成分で構成される全く新しい多成分製剤の再開発に続いて開発されています。

創薬における天然物化学とメタボロミクスのアプローチを組み合わせることは、新薬を発見するための新しい戦略です。 新しい生物活性天然物を同定するための古典的な天然物化学アプローチとメタボロミクスのユニゾンを議論する科学文献にはほとんど報告がない。 これらは、一般的に植物の研究に焦点を当てています。 植物からの生物活性天然物の同定は、その高い化学的多様性と複雑さのために多面的な課題のままである。 植物の異なる抽出物または画分のメタボロームを測定し、これらのデータを対応する生物学的活性と組み合わせることにより、表示された活性に関す システム生物学は、転写オミクス、プロテオミクス、グリコミクス、フルキソミクスなどのポストゲノミクス革命におけるツールを包含する最も有望な分野であり、mRNA、タンパク質、グリカン構造および代謝産物を完全に含むすべての遺伝子および細胞産物を特徴付けることを意図している。 メタボロミクスは、利用可能なデータ間の相関関係を見つけるために、データの分析に続いて、再現性の高いツールを使用してバランスのとれた観測を構 生物のすべての低分子量代謝産物のプロファイリングは不可能であり、したがって、メタボロミクスのこの新興分野は、分析化学、生化学、計算生物学 主な分析プラットフォームは、ガスクロマトグラフィー(MS-GC)、液体クロマトグラフィー(LC)またはキャピラリー電気泳動(CE)およびNMR分光法を用いた質量分 効率的にティッシュおよび体液からすべての第一次および二次代謝物質を得る釣り合った抽出のプロシージャが使用されるさまざまな溶媒の分析前に自然な形態のそれらを得るのに使用されている。 代謝産物の抽出のプロシージャは現在の小さい分子の多様化させた性質が原因でそしてすべての代謝物質の分析で同時に助ける単一の分析的な技 代謝産物の完全な分析を達成するためには、いくつかの分離技術および方法論を適用する必要がある。 何百もの化合物の同時分析は、データから情報を抽出し、バックグラウンドノイズを除去し、大規模なデータセット全体のピークの検出と統合、統計分析の前に得られたデータ行列の正規化と変換を行うインフォマティクスのさまざまなツールによって達成されます。 Metabolomicsに化学性質に関して信号を識別する機能への制限されたアクセスがあります。 検出されたすべての化合物の約60-80%は今日でも不明であり、代謝規律はこの問題に取り組むためにスペクトルNMRライブラリの大きな塊を作成し これらの未知の二次代謝物構造は、天然物の未発見の資源の一つであり得る、指紋、足の印刷、プロファイリングまたはターゲット分析は、この分野で使用される一般的な用語である。 フィンガープリントは、信号が必ずしも特定の代謝産物を検出/識別するために使用することはできず、使用される技術に強く依存する生物の”スナップショット”を取ることを目的としている。 シグナルは、その性質に関係なく、既知または新規の化合物である代謝産物に割り当てられる。 ターゲット分析という用語は、関心のある特定の代謝産物を決定し、定量化することを目的としています。

マイクロアレイは、最近開発された新しい技術であり、科学界が生命の成長と発展の根底にある基本的な側面を理解し、人体の機能に起こる異常の遺伝的原因を探求することを可能にしました。DNAのマイクロアレイの技術はDNAまたは蛋白質の変更を分析し、比較できます。 異常な個体の染色体変化は、この個体からのDNAが健康な個体からのDNA(対照)と比較されるときに同定され得る。 それは慣習的なkaryotyping技術と比較される大いにより小さい変更を検出するために可能であること非常に精密、有用である。 この有能な技術は私達が生命の成長そして開発を下線を引く要素面を理解し、また人体の作用で起こる異常の遺伝の原因を探検することを可能に マイクロアレイの技術はpharmacogenomicsで不健康のおよび正常な細胞からの遺伝子の比較分析が異常な/不健康な遺伝子によって総合される蛋白質の生化学的 解析から得られた情報は,異常蛋白質と戦い,その効果を低下させる薬物の合成と設計に利用することができた。クォンと彼の同僚は、単一のガラスマイクロアレイ上で、ポリペプチド由来産物とヒトチロシンキナーゼ(TK)のその後の完全なポリケチドベースのライ TK阻害剤は、慢性骨髄性白血病、胃腸間質腫瘍および乳癌を治療することが期待される。

創薬プログラムは、何らかの形の強力な生物学的活性を有する新規な生物活性天然物を見つけることを目的としています。 しかしながら、薬理学的関心または化学物質のない既知および望ましくない天然産物の単離は避けられない。 バイオアッセイ誘導単離の前に抽出物の活性に関与する既知の化合物を同定するプロセスである用語のデレプリケーションは、天然物の研究者の間で人気があるようになります。 デプリケーション戦略は、一般的にバイオアッセイ、分離科学、分光法、およびデータベース検索の組み合わせを含み、化学的または生物学的スクリーニングプロセスとみなすことができる。 天然産物プログラムがデレプリケーションにアプローチする方法はいくつかありますが、これはスクリーニング方法/計装の利用可能性、時間、および粗抽出物から可能な”生物学的リードまたは新規化合物”を同定するためのコストに基づいています。 現在、創薬プログラムの初期段階または天然物の単離戦略において、既知の天然化合物から新規な実体を区別する多くの高度な方法論およびプロトコ 市販のデータベースで化合物をスクリーニングすることで容易にデプリケーションプロセスを行うことができ、既知の化合物の構造解明にかかる時間を短縮することができる。 一例は、Chapman And Hall Dictionary of Natural Products;the Dictionary of Marine Natural Products(on-line)(dictionary of Natural Productsのサブセット)containing over30,000compounds;MarinLit-1,200ジャーナル/書籍からの参照数と-21,000compoundsのデータを持つ海洋生物に関する最新の書誌データを含むMarine Natural Products Databaseである。 ; アンチマリンは、メチル基の数、sp3-ハイブリダイゼメチレンまたはメチンプロトン、アルケン、アセタール、エーテルおよびホルミル基の数を検索することができ、より最近のデータベースである。 また、SciFinder ScholarとSCOPUSは重要な研究発見ツール(Chemical Abstracts on-line)であり、NAPRALERTTMは、民族医学情報、in vitro、in situ、in vivo、ヒト(症例報告、非臨床試験)および臨床試験の生物抽出物の薬理学的/生化学的情報を含むすべての天然物のデータベースです。 研究機関や学術機関に言及されているようなこれらの科学的データベースの利用可能性は、適切に管理された天然物プログラムの基本的かつ重要な一 新規薬物標的の数の増加に伴い、ハイスループットバーチャルスクリーニング、リガンドドッキングツール、ADME(吸収、分布、代謝および排泄)プロファイリングなどの計算方法や他の近代的な計算ツールやソフトウェアなどの計算方法が創薬プロセスを加速するために適用されている。 以下に記載されている一般的な天然物ライブラリおよびデータベースのいくつかは、多数の天然化合物の迅速なスクリーニングを、様々な薬物標的に対して 天然物の辞書(http://dnp.chemnetbase.com/intro/index.jsp);UCSD海洋天然物データベース(http://naturalprod.ucsd.edu/);天然物アラート(http://napralert.org/);亜鉛(http://zinc.docking.org/browse/catalogs/natural-products);InterBioScreen(http://www.ibscreen.com/products.shtml);AnalytiCon Discovery(http://www.ac-discovery.com/);Molecular Diversity Preservation International(http://www.mdpi.org/)。 タンパク質データバンク(http://www.pdb.org/)に堆積されたタンパク質結晶構造とは別に、新しい酵素や受容体ターゲットを含むタンパク質のコンピュータ生成モデルは、天然化合物とタンパク質ターゲットとの間の相互作用を調べるための簡単な分子ドッキングに続いて相同性モデリングによって容易に生成することができる。 バイオアッセイは、化合物の貴重な量を無駄にする必要なしに取得された天然のヒットまたはリードで選択的に実施され、高価で時間のかかる実験方 現在利用可能な分子ドッキングソフトウェアの例は、AutoDock、AutoDockVina、FlexX、FRED、GOLD、eHiTS、およびLead findersである。 Wang et al.の研究を含む高スループット仮想スクリーニングを使用するいくつかの例。 ここで、1 0種の天然化合物が、フラシパイン−2(FP−2)阻害剤として首尾よく同定されており、Liu e t a l. whoは、構造ベースの仮想スクリーニングによって天然産物のようなSTAT3二量体化阻害剤を同定した。

リガンドや構造ベースのファーマコフォアスクリーニングなどの他のバイオインフォマティクスツールも、天然物からの創薬プロセスを支援することに成功していることが報告されている。 Chen et al. 既知のmtor阻害剤に基づく三次元定量的構造-活性関係ファーマコフォアモデルを提案している。 最高のpharmacophoreモデルを使用して仮想スクリーニングが正常に潜在的なmTOR阻害剤足場として20天然物を取得しました。 また、ドーマンによる以前の研究から、ドッキングによって示唆された365分子のうち、127(34.8%)が酵素タンパク質チロシンホスファターゼ-1B(PTP1B)の活性を阻害し、85(0.021%)のうち約400,000分子が高スループット実験アッセイから取り出されたことを示したことも言及することが重要である。 これは、ランダムなスクリーニングの上に構造ベースのドッキングからヒット率の約1700倍濃縮です。一方、天然物からの創薬にケモインフォマティックツールを組み込むことで、化合物が医薬品開発プログラムに登録される前に、そのADMET(吸収、分布、代謝、排 ファイザー”5のルール”を使用して天然化合物のスクリーニングは、研究者がルールに従わない任意の分子を除去することができます。 これらの規則は何千もの既知の薬物および薬物様分子の実験的観察から得られたので、訓練された薬用化学者/生化学者は、in silicodataを容易に使用して、潜在的な薬物様の天然化合物を決定し、その後にさらなる類似体を合成して、良好な薬物様特性を有するようにすることができる。 良好な薬物様分子は、一般に、以下の規則に従う(i)分子量≧500、(ii)計算されたlogP≧5、(iii)水素結合ドナーの数≧5、および(iv)水素結合アクセプターの数≧10。 学術の実験室の、また製薬会社の高効率のスクリーニングのためのsilicoscreeningおよび天然産物設備の導入は混合物の非常に大きいコレクションの任意スクリー Silicoorの事実上のスクリーニングで実質スクリーンで使用される混合物の数の下でろ過するのを助ける。 一方、Dictionary of Natural Productsのようなバイオインフォマティックツールは、関連するアッセイでの試験を通じて予測される活性を確認するためには、化合物が物理的に利用可能でなければならないにもかかわらず、仮想スクリーニングで使用できる150,000の異なる化合物に関する構造情報を提供する。 最後に、化学的に関連する足場のクラスタリングは、新しい化合物の合成を導くのに非常に有用であり得るが、明らかに合成に遅延と費用がある。

学術協力により創薬ポータルが設立されました(httpを参照://www.ddp.strath.ac.uk/)化学的に多様な天然物およびそれらの合成類似体の仮想スクリーニングの技術をテストのための物理的なサンプルの迅速な可用性と組み合わせる また、学術生物学グループは、ポータルのデータベース(および従来の市販のデータベース)を用いて、仮想スクリーニングの標的として新しい新規タンパク質構造を提 In silicoscreeningからヒットが予測される場合、化合物は確認試験のために元の化学者から得ることができる。 多くの場合、リード最適化プログラムを開始するのに役立つアナログの準備のための専門知識への即時のリンクがあります。 それにもかかわらず、ポータルへのアクセスは、学術グループのために自由に利用可能です。 化学データベースの継続的な拡大は、多くの新規化合物の化学空間の貴重で成長しているカバレッジがあることを意味します。 ポータルのデータベース内の化合物は、一般的にすでに論文や化学雑誌に開示されているが、それらの非常に少数は、以前に生物学的活性について試験され これは、既知の天然物の共通の特徴である:天然物のCRC辞書の150,000構造のうち、それらのわずか1%が調査されている。 天然産物の発見プロセスにおけるメタボロミクス技術の導入は、複数のレベルで有益であろう。 メタボロミクスデータの同定数を増やすことにより、新しい構造を有する化合物を容易に得て、調査中の任意の疾患について試験することができる。 さらに、メタボロミクス技術を用いた多並列分析は、天然資源からの多くの異なる種の化学的特性評価プロセスのスループットを向上させるであろう。 天然産物の化学者が活動的な、また不活性純粋な混合物の混合の図書館の寿命を集めたので、これらのデータが固まりの分光およびNMR分光図書館を構 分析機器の進歩と高感度検出器による分離技術の洗練されたハイフネーションは、生物学的システム(すなわち、一次および二次代謝産物)で測定可能な小分子化合物のより大きな検出を可能にした。 これらの技術は、健康を維持し、病気や病気との戦いを支援する潜在的な新規薬剤候補を特定するために、天然物化学の発見を進めるために使用す 粗抽出物のNMRの場合,多変量データ解析を用いてパターンを容易に可視化し,解釈することができる。 これは、比較的に類似した抽出物間の相違を区別する比較様式で実施することができ、または特定の(一般的にin vitroの)生物学的活性と連結することがで 最終的にこれはmetabolomeの複雑なデータベースの構造を可能にする。

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