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1.
J Med Chem ; 63(21): 12773-12785, 2020 11 12.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33078946

RESUMO

Voltage-gated sodium (NaV) channels are pore-forming transmembrane proteins that play essential roles in excitable cells, and they are key targets for antiepileptic, antiarrhythmic, and analgesic drugs. We implemented a heterobivalent design strategy to modulate the potency, selectivity, and binding kinetics of NaV channel ligands. We conjugated µ-conotoxin KIIIA, which occludes the pore of the NaV channels, to an analogue of huwentoxin-IV, a spider-venom peptide that allosterically modulates channel gating. Bioorthogonal hydrazide and copper-assisted azide-alkyne cycloaddition conjugation chemistries were employed to generate heterobivalent ligands using polyethylene glycol linkers spanning 40-120 Å. The ligand with an 80 Å linker had the most pronounced bivalent effects, with a significantly slower dissociation rate and 4-24-fold higher potency compared to those of the monovalent peptides for the human NaV1.4 channel. This study highlights the power of heterobivalent ligand design and expands the repertoire of pharmacological probes for exploring the function of NaV channels.


Assuntos
Ligantes , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.4/metabolismo , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.7/metabolismo , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/química , Potenciais de Ação/efeitos dos fármacos , Sequência de Aminoácidos , Animais , Sítios de Ligação , Conotoxinas/química , Conotoxinas/metabolismo , Reação de Cicloadição , Humanos , Concentração Inibidora 50 , Cinética , Simulação de Acoplamento Molecular , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.4/química , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.7/química , Técnicas de Patch-Clamp , Polietilenos/química , Venenos de Aranha/síntese química , Venenos de Aranha/química , Venenos de Aranha/metabolismo , Aranhas/metabolismo , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/síntese química , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/metabolismo , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/farmacologia
2.
Curr Top Membr ; 78: 117-44, 2016.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-27586283

RESUMO

Voltage-gated sodium channels are targets for many toxins and medically important drugs. Despite decades of intensive studies in industry and academia, atomic mechanisms of action are still not completely understood. The major cause is a lack of high-resolution structures of eukaryotic channels and their complexes with ligands. In these circumstances a useful approach is homology modeling that employs as templates X-ray structures of potassium channels and prokaryotic sodium channels. On one hand, due to inherent limitations of this approach, results should be treated with caution. In particular, models should be tested against relevant experimental data. On the other hand, docking of drugs and toxins in homology models provides a unique possibility to integrate diverse experimental data provided by mutational analysis, electrophysiology, and studies of structure-activity relations. Here we describe how homology modeling advanced our understanding of mechanisms of several classes of ligands. These include tetrodotoxins and mu-conotoxins that block the outer pore, local anesthetics that block of the inner pore, batrachotoxin that binds in the inner pore but, paradoxically, activates the channel, pyrethroid insecticides that activate the channel by binding at lipid-exposed repeat interfaces, and scorpion alpha and beta-toxins, which bind between the pore and voltage-sensing domains and modify the channel gating. We emphasize importance of experimental data for elaborating the models.


Assuntos
Canais de Sódio Disparados por Voltagem/metabolismo , Animais , Batraquiotoxinas/química , Batraquiotoxinas/metabolismo , Batraquiotoxinas/farmacologia , Sítios de Ligação , Conotoxinas/química , Conotoxinas/metabolismo , Conotoxinas/toxicidade , Inseticidas/química , Inseticidas/metabolismo , Inseticidas/toxicidade , Ativação do Canal Iônico/efeitos dos fármacos , Ligantes , Simulação de Dinâmica Molecular , Método de Monte Carlo , Estrutura Terciária de Proteína , Piretrinas/química , Piretrinas/metabolismo , Piretrinas/toxicidade , Esteroides/química , Esteroides/metabolismo , Tetrodotoxina/química , Tetrodotoxina/metabolismo , Tetrodotoxina/toxicidade , Agonistas do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/química , Agonistas do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/metabolismo , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/química , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/metabolismo , Canais de Sódio Disparados por Voltagem/química
3.
J Med Chem ; 58(18): 7093-118, 2015 Sep 24.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-25927480

RESUMO

The tremendous therapeutic potential of voltage-gated sodium channels (Na(v)s) has been the subject of many studies in the past and is of intense interest today. Na(v)1.7 channels in particular have received much attention recently because of strong genetic validation of their involvement in nociception. Here we summarize the current status of research in the Na(v) field and present the most relevant recent developments with respect to the molecular structure, general physiology, and pharmacology of distinct Na(v) channel subtypes. We discuss Na(v) channel ligands such as small molecules, toxins isolated from animal venoms, and the recently identified Na(v)1.7-selective antibody. Furthermore, we review eight characterized ligand binding sites on the Na(v) channel α subunit. Finally, we examine possible therapeutic applications of Na(v) ligands and provide an update on current clinical studies.


Assuntos
Canais de Sódio Disparados por Voltagem/fisiologia , Animais , Produtos Biológicos/química , Produtos Biológicos/farmacologia , Produtos Biológicos/uso terapêutico , Doenças Cardiovasculares/tratamento farmacológico , Doenças Cardiovasculares/metabolismo , Canalopatias/tratamento farmacológico , Canalopatias/genética , Ensaios Clínicos como Assunto , Indústria Farmacêutica , Epilepsia/tratamento farmacológico , Epilepsia/metabolismo , Humanos , Ativação do Canal Iônico , Ligantes , Mutação , Neoplasias/tratamento farmacológico , Neoplasias/metabolismo , Doenças Neuromusculares/tratamento farmacológico , Doenças Neuromusculares/metabolismo , Dor/tratamento farmacológico , Dor/metabolismo , Estrutura Terciária de Proteína , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/fisiologia , Doenças Respiratórias/tratamento farmacológico , Doenças Respiratórias/metabolismo , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/química , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/farmacologia , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/uso terapêutico , Canais de Sódio Disparados por Voltagem/química , Canais de Sódio Disparados por Voltagem/genética
4.
Pharm Pat Anal ; 3(5): 509-21, 2014 Sep.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-25374320

RESUMO

There has been intense interest in developing inhibitors of the sodium channel Nav1.7 because genetic studies have established very strong validation for the efficacy to alleviate both inflammatory and neuropathic pain. This review summarizes patent applications targeting Nav1.7 since 2010 until May, 2014. We have classified the patents into three categories as follows: small molecules with well-defined molecular selectivity among sodium channel isoforms; biologicals with well-defined molecular selectivity; and, small molecules that inhibit Nav1.7 with unknown molecular selectivity. Most of the review is dedicated to small molecule selective compounds.


Assuntos
Aprovação de Drogas , Indústria Farmacêutica/legislação & jurisprudência , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.7/metabolismo , Patentes como Assunto , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/química , Bloqueadores do Canal de Sódio Disparado por Voltagem/farmacologia , Aprovação de Drogas/estatística & dados numéricos , Humanos , Estrutura Molecular , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.7/genética , Patentes como Assunto/estatística & dados numéricos
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