"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8679
ETF8679 "Süsteemselt aktiivsete galaniini retseptori ligandide ratsionaalne disain (1.01.2011−31.12.2014)", Kaido Kurrikoff, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituut.
ETF8679
Süsteemselt aktiivsete galaniini retseptori ligandide ratsionaalne disain
Rational design of systemically active galanin receptor ligands
1.01.2011
31.12.2014
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
3. Terviseuuringud3.1. BiomeditsiinB470 Füsioloogia 3.1. Biomeditsiin (anatoomia, tsütoloogia, füsioloogia, geneetika, farmaatsia, farmakoloogia, kliiniline keemia, kliiniline mikrobioloogia, patoloogia)100,0
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.20117 200,00 EUR
01.01.2012−31.12.20127 200,00 EUR
01.01.2013−31.12.20137 200,00 EUR
01.01.2014−31.12.20147 200,00 EUR
28 800,00 EUR

Neuropeptiid galaniin ja tema kolm retseptorit on seotud mitme füsioloogilise mehhanismi regulatsioonis. Käesolev projekt fokuseerub epilepsia, meeleoluhäirete, ärevuse, valu ja metabolismi mehhanismidele. Kuigi galaniinialaste uuringute käigus on selgunud mitmeid huvitavaid aspekte nagu galaniini seotus meeleoluhäirete, ärevuse või epilepsiaga, esineb probleem, mis takistab edasisi uuringuid ja rakendust meditsiinis. Probleemiks on selektiivsete, süsteemselt aktiivsete galaniiniretseptori ligandide puudumine. Hetkel kirjeldatud ligandid on olemuselt kõik peptiidid ning neid tuleb manustada i.c.v, mis piirab tõsiselt nende farmakoloogilist kasutamist. Käesoleva uuringu eesmärgiks on (i) realiseerida keemilise sünteesi strateegia, mille tulemusel saadakse aju-vere barjääri läbivad ja metaboolselt stabiilsed galaniiniretseptori agonistid ja (ii) uute agonistide füsioloogiline kirjeldamine, kasutades loommudeleid. Keemilise sünteesi lähtepunktiks võetakse olemasolevad, heade seondumisomadustega ja efektiivsed ligandid. Käesoleva projekti raames sünteesitakse GalR1 ja GalR2 ligandid. Sünteesi käigus viiakse sisse mitmeid keemilisi modifikatsioone. Nende hulka kuuluvad lipofiilsuse suurendamine, lisades rasvhappe kõrvalrühmi ning proteolüüsi resistentsuse suurendamine, kasutades atsetüleerimist, amideerimist ning mittenaturaalsete aminohapete lisamist algsesse peptiidi järjestusse. Sünteesitud peptiide testitakse in vivo GalR seondumisomaduste poolest, mõõdetakse nende lipofiilsus ja skriinitakse aju-vere barjääri läbimise osas, kasutades „capillary depletion“ meetodit. Seejärel testitakse uute ligandide efektiivsust depressiooni, ärevuse, epilepsia, valu ja toitumise loommudelites. Edukate (st aju-vere barjääri läbivate) ligandide puhul kaalutakse kliinilist rakendust potentsiaalse ravimkandidaadi näol. GalR1 agonistil on eeldatavasti analgeetiline, krambivastane ja anksiolüütiline toime ning GalR2 agonistil on eeldatavalt antidepressiivne, krambivastane ja anksiolüütiline toime. Oluline on, et need ligandid on kasutatavad süsteemselt manustatuna ja seega võimaldavad lihtsat ja laialdast kasutust nii baas- kui ka rakendusuuringutes.
The neuropeptide galanin, and its three identified receptors, are involved in the regulation of several physiological mechanisms, where the present main focus is on epileptic seizures, mood disorders, anxiety, pain and metabolism. Although galanin research has elucidated several interesting aspects, like involvement of galanin in mood disorders, anxiety or in epileptic seizures, a problem remains that hinders further galanin research and application in medicine. The problem is, there are currently no selective systemically active galanin receptor ligands available. Currently available selective ligands are all peptides and have to be administered i.c.v, which seriously restricts their pharmacological use. The present research project will focus on (i) a chemical synthesis strategy that result in blood-brain barrier penetrating and metabolically stable galanin receptor agonists and (ii) physiological characterization of the novel agonists using animal models. The chemical synthesis will be based on existing ligands with good binding properties and efficacy. Galanin receptor GalR1 and GalR2 ligands will be synthesized during the current project. Several chemical modifications will be tested during the synthesis. These include increasing lipofilicity through adding fatty acid side chains and increasing resistance to proteolysis through acetylation, amidizatin, as well as adding non-natural amino acids in the original ligand sequence. The set of synthesized peptides will be tested for in vitro binding to GalR receptors, measurement of lipofilicity and subjected to blood-brain screening, using capillary depletion method. The efficacy of the new ligands will subsequently be tested in animal models of depression, anxiety, epilepsy, pain and feeding. Clinical application as a potential drug candidate will be considered for the successful (blood-brain barrier penetrating) ligands. Thus, GalR1 agonists will be expected to show analgesic, anticonvulsant and anxiolytic activity and GalR2 agonists will be expected to exert antidepressant, anticonvulsant and anxiolytic effects. Importantly, these ligands will be usable via systemic administration and thus will provide wide and easy use both in basic and applied research.
Projekti käigus saavutatu. Oleme tegelenud uute ja uudsete GalR1 ja GalR2 ligandide disainimise ja sünteesiga. Ligandi disainimisel kasutati põhimõttelist skeemi, kus (i) aluseks on võetud galaniini fragment, millele omakorda lisatakse (ii) elemente, mis tagavad retseptori spetsiifilisuse, (iii) elemente, mis suurendavad resistentsust ensümaatilisele lagundamisele, (iv) elemente, mis on vajalik aju-vere barjääri (BBB) läbimiseks. Uudsus seisneb ligandi kasutamise eesmärgis (BBB-läbitavus) ja keemilises lähenemises (peptiidi keemiline modifitseerimine mittepeptiidsete elementidega). Projekti jooksul sünteesiti rida erinevaid galaniini analooge, mis olid hüpoteetiliselt GalR1 või GalR2 spetsiifilised ning spetsiifilisust ja bioaktiivsust testiti seondumis ja signalleerimiskatsetega. Kõige rohkem leiti ja põhjalikumalt uuriti GalR2 spetsiifilisi ligande ning enne projekti lõppu on publitseeritud kaks teadustööd, mis mõlemad kajastavad uusi R2 ligande ning nende potentsiaalset tähtsust depressioonis. Galaniini analoogide toimet ja potentsiaalset rakendatavust testiti depressiooni, ärevuse ja toitumiskäitumise hiiremudelites. Eraldiseisva tulemusena tuleb esile tuua BBB läbitavuse testimised hiirel, kuna siin leitud tulemused omavad tähtsust laiemalt, st peptiidsete ravimkandidaatide kasutamisel KNS häirete ravis. Projekti tegevuste jätkumine. Tänasel päeval jätkub projekt kahes suunas. BBB-läbitavuse andmetel põhinevalt tegeleme galaniini ligandide ja geeniteraapia suuna ühendamisega. Idee on ühendada BBB-läbivad GalR ligandid ja geeniekspressioonivektorid ning mõjutada GalR-positiivsetes ajurakkudes geenide avaldumise kaudu galaniiniga seotud haiguse kulgu. Teiseks, 2015 aastal kirjeldati inimese galaniini geenis uus mutatsioon (Guipponi et al 2015), mida sisaldav galaniin omab antagonistlikku toimet R1 ning agonistlikku toimet R2 kaudu. Varasemalt oleme suutnud R1 afiinsust vähendada (Saar 2013a, Saar 2013b), kuid tegemist on siiski olnud agonistidega. Antud mutatsiooni kasutades võib potentsiaalselt disainida veelgi potentsema antidepresiivse toimega ligande.