От оргазма до бессмертия. Записки драг-дизайнера - Григорий Валерьянович Никифорович

В лаборатории Гарланда Маршалла в Вашингтонском университете города Сент-Луиса в штате Миссури, где я проработал восемнадцать лет, тоже занимались циклическими аналогами ангиотензина. По данным наших расчетов оказывалось, что, если соединить валентной связью особые неприродные боковые цепи, расположенные в позициях 3-5 или 5-7 цепочки ангиотензина, новые циклические аналоги будут сохранять многие конформации природного ангиотензина. Действительно, такие соединения связывались с рецепторами не хуже самого ангиотензина. Однако функциональной активности они не проявили: как и следовало ожидать, «правильная» конформация есть для этого условие необходимое, но недостаточное.

Такой же результат — высокий уровень связывания, но не активности — сопутствовал и нашему дизайну циклических аналогов пятичленного энкефалина, биорегулятора, воздействующего на рецепторы опиоидов (например, морфина), веществ, останавливающих боль. Помимо обычных «левых», в синтез аналогов были включены и «правые» аминокислотные остатки. Полезным побочным эффектом было и то, что один из аналогов удалось закристаллизовать и определить его пространственную структуру методами рентгенографического анализа — редкий случай успешного «замораживания» короткого пептида.

Синтез коротких циклов давался нелегко — но ведущим специалистом-химиком в нашей лаборатории была Вэйчжун Чжан, принимавшая когда-то участие в легендарном тотальном синтезе инсулина. Вождь коммунистического Китая Мао Цзедун провозгласил в 1958 году политику «большого скачка» с целью догнать и обогнать Великобританию за пятнадцать лет. (Советский Союз как раз тогда обещал за пятнадцать лет превзойти США, и Китаю нельзя было отставать от Старшего Брата.) Пептидные же химики Китая предложили поставить мировой рекорд: полностью синтезировать инсулин, пептид из двух цепей, каждая по двадцать с лишним звеньев. Не было исходных аминокислот, нужных реактивов и современного оборудования — все приходилось изготовлять самим, с нуля. К этой титанической работе привлекли и молодую студентку Вэйчжун. Синтез инсулина был завершен к 1965 году.

А большой скачок — создание сельскохозяйственных коммун, выплавка стали в примитивных очагах на огородах, самодельные оросительные системы — провалился уже в 1962 году и стал причиной страшного голода и смерти десятков миллионов людей. Мао Цзедун ответил на это новой инициативой, «культурной революцией», отправившей целый слой образованных горожан — в том числе и Вэйчжун — на «перевоспитание» в голодную деревню. Университеты по всей стране были закрыты и возобновили свою работу только в начале семидесятых.

Вэйчжун вернулась в Шанхай и приехала в США уже будучи профессором Института биохимии. Она была старше меня лет на пятнадцать, но мы подружились — оба хорошо помнили опыт жизни в коммунистических странах. Но оценивали мы его по-разному. Несмотря на все, что ей пришлось перенести, Вэйчжун считала правление коммунистов благом для Китая — иначе, говорила она, страна бы распалась на куски, воюющие друг с другом.

Описанные выше примеры циклопептидов продемонстрировали, что внутримолекулярная циклизация может быть непосредственно использована в процессе драг-дизайна новых лекарств. Впервые такого успеха добилась дополнительная направленная циклизация изначально циклического природного пептида соматостатина. Цепочка соматостатина содержит четырнадцать аминокислот; положения 3 и 14 соединены валентной связью между атомами боковых цепей. Модификации соматостатина могли бы открыть путь к лекарственным препаратам для борьбы с патологическими замедлениями роста человека. Этой задачей занялась группа исследователей из США, работавших в фармакологической компании «Мерк» под руководством Дана Вебера.

Методом драг-дизайна, избранным Вебером, был направленный синтез аналогов соматостатина с ограниченными конформационными возможностями. Экспериментальные физико-химические данные давали основание полагать, что в пространственном отношении центральная часть молекулы напоминает несколько искаженный четырехугольник. Поэтому первый из синтезированных аналогов представлял собой цикл последовательности 4-13 с замкнутыми концами остова.

Новый аналог был функционально активным, и следующим шагом Вебер попытался закрепить предполагаемый «четырехугольник». К тому времени исследования пространственной структуры показали, что такая конформация стабилизируется, если в одной из вершин четырехугольника «левый» аминокислотный остаток заменить на такой же «правый». Аналог с «правым» аминокислотным остатком проявил активность даже большую, чем природный соматостатин.

В конформации «четырехугольника» аминокислотные остатки в положениях 5 и 12 сближены, причем характер их боковых цепей, как было установлено ранее, не влияет на биологическую активность соматостатина. Это позволило продолжить ограничение конформационной подвижности молекулы, заменив боковые цепи в этих положениях на другие, между которыми было возможно образование валентной связи. В итоге получился «бицикл» (внешний цикл 4-13 и внутренний 5-12), опять-таки сохраняющий полную активность соматостатина.

Исследователи попробовали еще более уменьшить размер внутреннего цикла, и вновь им сопутствовала удача: аналог, где одна из аминокислот цикла была удалена, по-прежнему был высокоактивным. Минимальным же фрагментом, обладающим полной активностью соматостатина, оказался шестичленный пептид на основе последовательности 6-11 с «правой» центральной аминокислотой и с замкнутыми концами пептидного остова.

Таким образом, за счет направленного дизайна размер активного аналога пептидной молекулы сократился более наполовину. Но этот аналог обладал также и процитированным действием: он понижал уровень гормона роста у лабораторных крыс в течение трех часов. Дальнейшее совершенствование укороченных циклоаналогов соматостатина в конце концов привело к лекарственным средствам; сегодня в терапии широко используются препараты сандостатин (октреотид) и ланреотид.

От соматостатина к октреотиду: структурные формулы, конформации, лекарство

С Даном Вебером я впервые встретился в 1991 году на двенадцатом Американском пептидном симпозиуме в Бостоне, собравшем около тысячи участников. Он был главным — пленарным — докладчиком и рассказывал в своей лекции как раз о циклических аналогах соматостатина. Для меня это была первая большая научная конференция после переезда в США, на которой предстояло выступить — пусть всего лишь с кратким докладом, но перед большой аудиторией и не на родном языке. К тому же председатель Оргкомитета дал понять, что почетная возможность устного выступления мне, новичку, предоставлена авансом: если я провалюсь, сказал он, второго раза не будет. Я и был на грани провала, потому что решил подстраховаться, забыв с испуга, что лучше корявым языком излагать собственные мысли, чем механически зачитывать выглаженный машинописный текст. Примерно на второй странице я все же смог оторваться от чтения, и доклад закончился благополучно. А с Вебером мы потом неоднократно пересекались и на Американских, и на Европейских пептидных симпозиумах.

Кстати говоря, мой доклад в Бостоне тоже был связан с циклическими пептидами. Моя американская жизнь начиналась в Аризонском университете в городе Тусоне, в лаборатории одного из ведущих пептидных химиков США профессора Виктора Руби. Предметом исследования там был линейный тринадцатичленный пептид альфа-меланотропин, регулирующий выделение кожного пигмента в организме человека. Конформационные расчеты этого пептида и аналогов, синтезированных в лаборатории, показали, что его центральная часть может принимать лишь четыре типа стабильных конформаций остова. Поэтому мы предложили четыре типа