Predikce metabolismu léčiv cytochromy P450

Bc. Miroslav Brumovský, Ph.D.

Master's thesis

Prediction of Cytochrome P450-Mediated Drug Metabolism

Abstract:

Predikce metabolismu xenobiotik představuje klíčovou oblast při vývoji a testování léků, kosmetických přípravků, doplňků stravy a agrochemikálií. Metabolismus xenobiotik je možné rozdělit do několika fází. V první fázi metabolismu hrají důležitou roli enzymy cytochromy P450 (CYP). Kvůli jejich značné flexibilitě je predikce reaktivity jejich substrátů pomocí structure-based přístupu náročným úkolem. Proto současné predikční algoritmy využívají zejména ligand-based metod. Cílem této práce je prozkoumat strategie pro predikci míst metabolismu substrátů CYP pomocí molekulárního dokování. Za tímto účelem bylo provedeno dokování do jednotlivých krystalových struktur izoformy CYP 2C9 pocházejících z rentgenové krystalografie a ensemblu struktur, získaných z molekulové dynamiky. Knihovna dokovaných molekul obsahovala 225 molekul léčiv se známými místy metabolismu. Predikce místa metabolismu byla vyhodnocena na základě vzdálenosti mezi potenciálním místem metabolismu a katalytickým atomem železa v hemu cytochromu P450. Studována byla jak vzdálenost v první póze tak i minimální vzdálenost ze všech generovaných póz. Na základě testování jednotlivých přístupů byl posléze vytvořen kombinovaný predikční model obsahující vzdálenosti z dokování a odhadované energie z programu SMARTCyp.

Abstract:

Prediction of xenobiotic metabolism presents a crucial part of the modern-day discovery and development of drugs, cosmetics, nutritional supplements and agrochemicals. Xenobiotic metabolism can be divided into several phases. Cytochrome P450 enzymes (CYPs) are involved in Phase I metabolism reactions. Their flexibility makes the structure-based prediction of metabolism a challenging task. Consequently, ligand-based approaches are usually preferred in current prediction algorithms. The aim of this thesis is to explore molecular docking strategies for the prediction of sites of metabolism (SOMs) of CYP substrates. For this purpose, single and ensemble receptor docking was performed on the CYP 2C9 isoform structures originating from X-ray crystallography and molecular dynamics using a dataset of 225 drug molecules with known SOMs. Structure-based SOM prediction was based on the distance between SOM and catalytic iron atom in CYP heme. Both the first pose and minima of all generated poses for each ligand atom were evaluated. An improved prediction model combining our docking results and SMARTCyp intrinsic energies was finally designed.

Keywords

Drug metabolism, Cytochrome P450, Molecular docking, Site of metabolism

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 18. 6. 2013
• Supervisor: doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biomolecular Chemistry