Ответ на Аналитические Вызовы Технологии "ДНК-Кодированных Библиотек" Sergey N. Krylov Department of Chemistry and Centre for Research on Biomolecular Interactions York University, Toronto, Canada

Как правило, терапевтические мишени являются регуляторными или каталитическими белками, обычно называемыми белок-мишень. Соответственно, первая стадия разработки современных лекарственных препаратов включает получение большого количества  проверенных лигандов – низкомолекулярных соединений, способных обратимо связывать такой белок-мишень с приемлемо низкими и известными значениями константы скорости k_off и константы равновесия K_d = k_off/k_on:

На более поздних стадиях разработки препарата, из проверенных лигандов последовательно отбираются кандидаты для доклинических и клинических исследований, и, в конечном итоге, активный фармацевтический ингредиент, являющийся основой лекарственного препарата.

Разработка одного утвержденного лекарственного препарата требует вплоть до 10⁴ проверенных лигандов. Такое количество проверенных лигандов можно получить только из очень большой комбинаторной библиотеки, содержащей колоссальное многообразие низкомолекулярных соединений. Наибольшее многообразие — с возможностью надёжной идентификации соединений — обеспечивают только "ДНК-кодированные библиотеки" (DNA-encoded libraries, DELs). Эти библиотеки представляют собой смеси из вплоть до 10¹² соединений, каждое из которых имеет ДНК-метку, кодирующую определеную химическую структуру соединения.

Проверенне лиганды получают из DEL в пять этапов, показанных на схеме: 1) синтез библиотеки из структурных блоков, 2) обогащение лигандов в библиотеке, 3) секвенирование ДНК-меток для декодирования химических структур лигандов, 4) синтез и очистка лигандов без ДНК и 5) измерение точных значений K_d и k_off для комплексов лиганд–мишень.

Все этапы за исключением третьего в настоящее время основаны на ненадежных процессах, которые не позволяют оптимизировать получение провереных лигандов, даже если эти процессы размещены на роботизированных платформах. Ненадежность четырех этапов вызывает дорогостоящие задержки разработки лекарств на ранней стадии. Для решения этой проблемы нами разрабатываются четыре надежных процесса, предназначенных для возможной интеграции в автоматизированное производство проверенных лигандов. Первым процессом является твердофазный синтез библиотеки из большого разнообразия составных частей низкомолекулярных соединений в неводных условиях. Второй процесс представляет собой одно-раундовое извлечение лигандов с желаемо-низким значением k_off с помощью капиллярного электрофореза. Третий процесс — это проточные синтез и очистка лигандов без ДНК-меток путем интеграции проточного реактора с проточным электрофорезом. Четвертый процесс — это точные измерения K_d и k_off для комплексов лиганд–мишень методом сочетания кинетической хроматографии с масс-спектрометрией.

Данная лекция посвящена достижением научной группы в вышеупомянутой исследовательской программе. Основное внимание будет уделено нашим недавним разработкам, включающим в себя одно-раундовый отбор лигандов из ДНК библиотек [1], безводный проточный электрофорез [2] и точные измерения констант K_d для комплексов низкомолекулярный лигандов с белками [3].

1.   Le, A.T.H.; Krylova, S.M.; Kanoatov, M.; Desai, S.; Krylov, S.N. Ideal-filter capillary electrophoresis (IFCE) facilitates the one-step selection of aptamers. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 2739–2743.

2.     Ivanov, N.A.; Lie, Y.; Kochmann, S.; Krylov, S.N. Non-aqueous continuous-flow electrophoresis (NACFE): separation complement for continuous-flow organic synthesis. Submitted to Chem. Comm. Archived preprint: https://doi.org/10.26434/chemrxiv.7840937.

3.     Sisavath, N.; Rukundo, J.L.; J.C.Y. LeBlanc; Galievsky, V.; Bao, J.; Kochmann, S.; Stasheuski, A.S.; Krylov, S.N. Transient incomplete separation facilitates finding accurate equilibrium dissociation constant of protein–small molecule complex. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, published ahead of print on https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201901345. Archived preprint: https://doi.org/10.26434/chemrxiv.7607078.v1.