Использование лекарственных препаратов, преодоление резистентности, структура и функции MDR-насоса. (Лекция 3)

1. Проблема возникающая при использовании лекарственных препаратов (преодоление резистентности, структура и функции MDR-насоса)

2.

STRUCTURE OF GLYCOPROTEIN P.
Cytotoxic Drug
A
C
Drug
ATP
Outside
ADP + P
6
TMD1
NH2
Outside
of cell
TMD2
1 2 3 4 5 6
11
12
Cell Survives
(Expresses Pgp)
Cell Death (No Pgp)
B
5
Cellular
membrane
7 8 9 101112
ATP
ATP
NBD1
NBD2
NBD-nucleotid-binding domain,
TMD- transmembrane domain,
1-12 – transmembrane segments
COOH
Inside
of cell
NBF1
5
Lipid ATP
NBF2
Inside
Lipid
6 12
NBF1
11
Lipid
NBF2
ATP ATP
ADP + P
ADP + P

3.

MULTIPLE DRUG RESISTANCE OF TUMOR CELLS
Cell
Pgp
Antitumor drugs efflux
MDR1
ATPdependent
pump
Nucleus
MDR1 activation
Antitumor substances:
- HSP
- Xenobiotics
- Cytostatics
- Steroid drugs
- Toxic substances
- Hypoxia, UV-radiation
Out
MDR-pump
ATP
ATP
The binding regions
of the drug substrate
In

4.

STRUCTURE
of MDR-PUMP

5.

TRANSPORT OF SUBSTRATES VIA
THE MDR-PUMP
Out
Drug
substrate
АТРbinding
Chris van der Does and Robert Tampe
How do ABC transporters drive transport?
2004, Biol. Chem., Vol. 385, pp. 927–933
In

6.

FUNCTION OF THE MDR-PUMP
Out
Drug substrate
5 nm
4 nm
The binding regions
of the drug-substrate
АТРsite
Drug substrate
АТРsite
In

7.

ATP-DEPENDENT CYTOSTATIC DRUGS
TRANSPORT MECHANISM
High-affinity → Low-affinity
1
2
Switch
3
Hydrolysis
ATP
ATP binding
2
ATP
2
ADP
ATP
ATP
Binding
ATP
ATP occlusion
Zuben E. Sauna and Suresh V. Ambudkar
About a switch: how P-glycoprotein (ABCB1) harnesses the energy
of ATP binding and hydrolysis to do mechanical work
2007, Mol Cancer Ther, №6(1), pp.13-23
2
ATP
1
1
1
Dissociation

8.

TRANSCRIPTION OF MDR1
1
2
MEF1
iMED
3
NF-Y
4
Sp1
initiator
GC-rich
MDR1 promoterenhancing
factor 1
Multiple start site
Element
Downstream 1
Transcription
factors
Transcription
initiation
Proteins involved in MDR1 transcription
Kathleen W. Scotto and Robert A. Johnson
Transcription of MDR1
Molecular Interventions, 2001, vol.1, pp.117-125
Gene MDR1
(chromosome
7q21)

9.

МЕХАНИЗМ УСТОЙЧИВОСТИ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК
К ДЕЙСТВИЮ ПРОТИВОРАКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ
Клетка
Ядро
Р-гликопротеин
(Pgp)
Ген
MDR1
АТФзависимый
насос
Удаление
противораковых
препаратов
Активация гена MDR1
Противораковые
препараты
Структура Pgp
Цитозоль
АТФ-связанный домен

10.

SELECTED ANTI-CANCER DRUGS THAT ARE SUBSTRATES
FOR THE FACTORS RESPONSIBLE FOR MULTIDRUG RESISTANCE
Name
Substrates
Pgp
Doxorubicin, daunorubicin, epirubicin,
etoposide, paclitaxel, docetaxel,
vincristine, vinblastine, rhodamine-123,
chloroquine, quinidine, aldosterone
MRP1
Vincristine, daunorubicin, doxorubicin,
etoposide
MRP2
Methotrexate, etoposide, cisplatin, vinca
alkaloids
MRP3
Etoposide, teniposide, estrogen
derivatives, methotrexate, vinca alkaloids
MRP4
Purine analogues, estrogen derivates
MRP5
Thiopurines, cyclic nucleotides
GSTs
Chloroethylnitrosoureas, cisplatin,
anthracyclines, phosphamides
Topo II
Chloroethylnitrosoureas,
epipodophyllotoxins,
cisplatin, anthracyclines
MDR
Exploit
Engage
Evade

11.

ACTIVITY OF MDR-PUMP
А
х
В
х
х
х
х
х
MDR1
х
MDR1
х
х
х
х

12.

TWO TYPES OF DRUG CELLULAR MIGRATION EVENTS
IN OVERCOMING MDR :
А. Influx of cytostatic without mediated efflux
Транспорт цитостатика через мембрану.
Отсутствует сродство к MDR-насосу
B. Influx surpassing mediated efflux
Транспорт цитостатика через мембрану
сопровождается выходом вещества через
MDR-насос
E.Borowski, M. Bontemps-Gracz, A.Piwkowska
Strategies for overcoming ABC-transporters-mediated
multidrug resistance (MDR) of tumor cells,
2005, Acta Biochimica Polonika, vol.52, №3,609-627

13.

THE CIRCUMENT OF THE MDR
DR-rAFP 27
DR-rAFP 27
MDR-pump
Out
Мемbrane
A
B
АТР
АТР
In
Target
of cytostatic

14.

15.

16.

17. «ГЕНЫ УСТОЙЧИВОСТИ»

Бактериальная
клетка
- гены, устойчивые
к действию антибиотиков
(гены устойчивости)
плазмида
антибиотик
антибиотик
а
б
в
Гены устойчивости:
а- кодируют мембранные насосы,
выбрасывающие антибиотики
Насос,
выбрасывающий
антибиотик
Фермент,
расщепляющий
антибиотик
антибиотик
Фермент,
модифицирующий
антибиотик
б- кодируют ферменты,
расщепляющие антибиотики
в-кодируют ферменты,
модифицирующие антибиотики

18.

19.

Biosynthesis of the uridine
nucleotide precursors
of the peptidoglycan.
The points of inhibition by
various substances
are indicated.
Proposed mechanism of inhibition of transpeptidation by penicillins
пенициллин
Пенициллин – циклический дипептид двух аминокислот:
L-цистеина и D-валина (L-Cys-D-Val):
RCO
NH
S
C
O
N
COOH
транспептидаза

20.

ОБРАЩЕНИЕ МНОЖЕСТВЕННОЙ ЛЕКАРСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
КОНЪЮГАТОМ АФП С ДОКСОРУБИЦИНОМ
Выявление белка MDR1 в опухолевых клетках (коричневое окрашивание)
Рак молочной железы человека
MCF-7
MCF-7AdrR
Рак яичника человека
SKOV3
SKVLB
Резистентны к ДР
Резистентны к ДР
Резистентность MDR1+ клеток к доксорубицину и высокая чувствительность
к конъюгату АФП с доксорубицином
IC50,
мкг/мл
10
IC50,
ДР
9
8
мкг/мл
7
10
8
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
1
ДР
АФП-ДР
ДР
9
2
MCF-7
ДР
MCF-7AdrR
АФП-ДР
1
0
0
MCF-7
MCF-7AdrR
SKOV3
SKVLB

21. Десенситизация аденилатциклазы при воздействии адреналина, дибутирил-сАМР и протеинкиназы

Adr
R
Ns
Kd=2 x 10–7 м
Kd=2 x 10–6 м
Р
2
1
Активность Ас
3
Фосфорилирование
Каталитическая
субъединица cAMP
d PK
ATP
R2C2
неактивный
cAMP
100
1
3
50
+ Адреналин
+ Каталитич.
субъединица
cAMP d PK

22.

23.

ADVANTAGES OF NANO DRUG DELIVERY
FOR TREATMENT OF TUBERCULOSIS
Nano drug
Reduce the dosage of
antituberculosis drugs
Usual drug
Toxic level
Conc.
Plasma
Safe zone
Min. effective conc.
0
1
Macrophage
2
7 Time (days)
Drug-loaded
nanoparticles
Capillary flow
M. tuberculosis
Nanoparticles
biodegradation
and drug release
Drug
-
Reduce dosage frequency
Minimise the toxicity of drugs
Reduce the cost of TB
treatment
Improve patient compliance
Targeting antituberculosis
drugs in infected Macrophages

24.

ACTIVITY OF MDR-PUMP
А
х
В
х
х
х
х
х
MDR1
х
MDR1
х
х
х
х

25.

SELECTED ANTI-CANCER DRUGS THAT ARE SUBSTRATES
FOR THE FACTORS RESPONSIBLE FOR MULTIDRUG RESISTANCE
Name
Substrates
Pgp
Doxorubicin, daunorubicin, epirubicin, etoposide, paclitaxel,
docetaxel, vincristine, vinblastine, rhodamine-123, chloroquine,
quinidine, aldosterone
MRP1
Vincristine, daunorubicin, doxorubicin, etoposide
MRP2
Methotrexate, etoposide, cisplatin, vinca alkaloids
MRP3
Etoposide, teniposide, estrogen derivatives, methotrexate, vinca
alkaloids
MRP4
Purine analogues, estrogen derivates
MRP5
Thiopurines, cyclic nucleotides
GSTs
Chloroethylnitrosoureas, cisplatin, anthracyclines, phosphamides
Topo II
Chloroethylnitrosoureas, epipodophyllotoxins, cisplatin,
anthracyclines