Lecture 1.1 Introduction
The dose makes the poison – Paracelusus. There is a relationship between dose and effect. Klaproos
(popie) -> opium -> Morfine (pijnstillend). Morfine is erg verslavend, dus dacht men; laten we het
acetyleren (dit deden ze ook bij salicylzuur wat later aspirine werd = eerste synthetische drug).
Misschien krijgen we door het acetyleren een minder verslavende drug.
Hieruit onstond heroine, dit was verslavender en even effectief ddus geen
vooruitgang. Een kleine verandering kan dus snel al een groot effect hebben.
Vroeger kwam alles al snel op de markt, zonder goed toxicologsich
onderzoek -> sofenon tragedie. Pas nadat het al veel gebruikt was, kwamen
ze erachter dat het zorgde voor malformations in kinderen.
Het is belangrijk dat je probeert te begrijpen hoe een bepaalde stof
werkt a molecular level, Pharmacological phase:
Dose via tablet, injection or oral. After the pharmaceutical phase,
the drug is available for absorption and enters blood circulation.
Pharmacokinetic phase follows; what does the body do with the
compound. So, the drug is than available for action;
pharmacodynamics phase (what does the drug do with the body.
This gives the effect, the change in de body.
Lecture 1.2 Receptor pharmacology
This lecture is all about pharmacodynamics, so the physical effect
between the drug and the body (receptors). This causes the effect.
Types of target for drug action:
A. receptors (Classical)
Located on plasma membrane and function as an
intercellular cascade. Endogene molecules, such as
hormones and neurotransmitters can bind, but also
Exogenes. These exogenes can be divided into
agonists (stimulate receptor, mimic
hormone/neurotransmitter) and antagonists (block
the effect of endogenous compounds- it binds and
blocks the receptor.
B. Ion channels
Also located in plasma membrane > specific channels
which changes cell potential. This works fast, with
modulators as well as blockers.
C. Enzymes
Catalysators (katalysoren) of the body. Inhibitors, false substrates and pro-drugs.
D. Transporters
Located in plasma membrane. Normal transport, inhibitor and false substrate.
1
,A. Receptors. There are different drug receptor
subtypes, but there are 4 subtypes.
- Receptor-operated channels: tijd tussen binding en
effect erg klein waardoor dit dan ook vaak in de
hersenen gebeurd.
- GPCR gaat via G-eiwitten die andere eiwitten
stimuleren of remmen (via second messengers). -
Enzyme receptors hebben een enzymatische/kinase
activiteit (tyrosine kinase). Het effect is veranderde
gen transcriptie en verandere eiwitsynthese.
- DNA copuled receptors zijn meer carriers (drug
moet eerst zelf over het membraan om bij de
receptor in de cel te komen → drug moet lipofiel zijn. Vervolgens neemt de receptor de gebonden
drug mee naar de kern waar het complex DNA bindt. Dit leidt ook tot veranderde gen transcriptie en
eiwitsynthese. Dit effect kan ure, soms dagen duren. Dit zijn vaak hormoonreceptoren.
Nowadays, only 400 proteins are targeted by approximately 1200 drugs. We have 400.000
functionally distinct proteins → dus we hebben maar ene kleion deel gevonden dat usefull is als
target. We hebben ong 25.000 genen, waarvan er door bioinformatici bepaald is dat er nog ongeveer
1800 genen usefull tarfets zijn voor ziektebestrijding.
The drug discovery process:
- Pre-discovery/target identification; understand the disease and choose a molecule to target
with (a molecule like protein or enzyme that plays a crucial role in the disease).
- Target validation; test a target and confirm its role in the disease (that’s an important role)
with animal and human models).
- Drug discovery; find a promising molecule (lead compound), that could become a drug.
- Early safety tests; perform initial tests on promising compounds; toxicity? → very important
step.
- Lead optimization; alter the structure of lead candidates to improve properties. The
compound has good qualities but also bad quealities which you need to modify. Modificeren
zodat je het positieve effect optimaliseert en het negatieve effect reduceert. This step has a
close interaction with safety tests; the modification must not be toxic.
- Preclinical testing; Determine if the drug is safe enough for human testing. First in animals
until you are sure it’s safe enough for human trials.
Er zijn verschillende benaderingen / technieken die gebruikt worden in target discovery (analyzing if
the target is important within the disease). Compare healthy tissue/organs with the diseased one’s
via:
- Genomics; look at RNA / gene transcription, prepare a
healthy and diseased sample → hybridize on different
chips and see differences between the genes.
- Proteomics; more complicated and takes longer.
Separate proteins 2D, excise (uitsluiten) and digest
protein → mass spectrometry; identify proteins.
- Genetic association (voor erfelijke ziektes bijvoorbeeld)
- Metabolomics; Looking at metabolitis that are
produced. Take a urine/plasma/tissue sample and do
mass-spectrometry. Identify the metabolites and
compare. Zo krijg je een global metabolic profile of
biological samples.
2
, Or identify targets by looking at the phenotype (clinical feature patient suffers from):
- Forward genetics (phenotype to gene); Identifying the genotype that is responsible for a
phenotype. Initially, this was done by generating random mutations in an organism, often
with radiation of insertional mutagenesis and after subsequent breeding, isolating individuals
with an aberrant phenotype (bv in muizen; kost veel tijd en geld om de dieren te verzorgen).
The underlying phenotype would be observed by genetic mapping. De mutatie maken kan
ook met een retrovirus (block random genen, laten cellen delen, check op bepaald fentoype
en kijk dan terug welke genen geblockt zijn). → Dit kan ook met chemical bibliotheek; expose
cells to all kind of chemicals.
- Reverse genetics (gene to phenotype); An approach to discover the function of a gene by
analyzing the phenotypic effects of specific gene sequences obtained by DNA sequencing. Dit
kan bij verschillende dieren gedaan worden (muis, fruitvlieg, gist). Doe een knock-out op een
specifiek gen en kijk naar het fenotype.
Simply put, while forward genetics seeks to find the genetic basis of a phenotype or trait,
reverse genetics seeks to find what a phenotype arise as a result of particular genetic
sequences.
Drug receptor interaction:
A drug only works if it binds. [D] + [R] → [DR]
De relatie tussen dosis en binding kan je meten; homogeniseer weefsel van een bepaald orgaan (bv
een hart), centrifugeer het zodat de zware cel delen zullen zakken en je een vloeistof over houdt van
membraan onderdelen. Voeg een radio gelabeld drug toe in verhoogde concentraties (in
verschillende tubes) en dan bindt het via equilibrium. Filter de suspensie en je houdt de ongebonden
hoeveelheid drug over.
K1
K2
Je zet de concentratie vaak over de x-as uit in een logaritmische schaal (sigmoïd curve ontstaat). Je
bent geïnteresseerd in de concentratie bij 50% binding. The lower the concentration at 50%, the
better the drug binds the receptor.
Determinatie van specifieke binding by substrate the non-specific binding (bindt bv met hem
membrane ipv the receptor) from the total binding. (radioligand = drug)
Om non-specific te bepalen; eerst incuberen met voldoende protecting ligand dan radioligand
toevoegen. De lijn van specifiek krijg je door de twee andere grafieken van elkaar af te trekken.
Total → nooit plateau
Non-specific → linear
Specific → Bmax, Kd
waarde uit bepalen
3
, Relatie tussen de concentratie en het effect van een drug:
Deze relatie kan je meten door functional studies. Neem een stukje weefsel met spier erin en hang
het ine en ‘bad’ waar het medicijn aan toegevoegd wordt in verhoogde concentratie. Als de spier
samentrekt (vasoconstrictie) wordt dit gemeten op de kymograaf waar het weefsel mee verbonden is
(dit wordt veel gedaan voor het hart of bloedvaten).
Realtie = Als je tekens de concentratie (logaritmisch) logaritmisch tegen het effect (in % door het
gemeten effect te delen door het maximale effect = Ea/Ea max) uitzet.
N= hill slope. Hoe stijl de cruve is.
Ka = de concentratie bij 50% in de normale grafiek! Dus niet logaritmisch.
pD2 = de concentratie bij 50% in logaritmische schaal! -Log(Ka) → Potency van agonist (=EC50).
Potency = a measurement of drug activity expressed in term of amount required to produce an effect.
(Het gemeten medicijn activiteit gemeten op het punt dat nodig moet zijn of een effect te bereiken).
De meeste potentie is dus bereikt als bij een lage concentratie van het geven van een drug al 50% van
het effect is gereikt. Dus bij meerdere curves, de meest linker (links heeft de laagste concentratie.
In een concentratie-effect curve kan je ook de efficiency zien (the capicity to produce an effect). Bij
een verlaagde efficacy wordt dus niet 100% effect bereikt.
Een partial agonist zal zorgen voor zo’n verlaging (partial agonists are drugs that bind to and activate a
given receptor but have only partial efficacy at the receptor relative to a full agonist). Een antagonist
zorgt date r helemaal geen effect is.
Je hebt verschillende typen antagonisten:
4
The dose makes the poison – Paracelusus. There is a relationship between dose and effect. Klaproos
(popie) -> opium -> Morfine (pijnstillend). Morfine is erg verslavend, dus dacht men; laten we het
acetyleren (dit deden ze ook bij salicylzuur wat later aspirine werd = eerste synthetische drug).
Misschien krijgen we door het acetyleren een minder verslavende drug.
Hieruit onstond heroine, dit was verslavender en even effectief ddus geen
vooruitgang. Een kleine verandering kan dus snel al een groot effect hebben.
Vroeger kwam alles al snel op de markt, zonder goed toxicologsich
onderzoek -> sofenon tragedie. Pas nadat het al veel gebruikt was, kwamen
ze erachter dat het zorgde voor malformations in kinderen.
Het is belangrijk dat je probeert te begrijpen hoe een bepaalde stof
werkt a molecular level, Pharmacological phase:
Dose via tablet, injection or oral. After the pharmaceutical phase,
the drug is available for absorption and enters blood circulation.
Pharmacokinetic phase follows; what does the body do with the
compound. So, the drug is than available for action;
pharmacodynamics phase (what does the drug do with the body.
This gives the effect, the change in de body.
Lecture 1.2 Receptor pharmacology
This lecture is all about pharmacodynamics, so the physical effect
between the drug and the body (receptors). This causes the effect.
Types of target for drug action:
A. receptors (Classical)
Located on plasma membrane and function as an
intercellular cascade. Endogene molecules, such as
hormones and neurotransmitters can bind, but also
Exogenes. These exogenes can be divided into
agonists (stimulate receptor, mimic
hormone/neurotransmitter) and antagonists (block
the effect of endogenous compounds- it binds and
blocks the receptor.
B. Ion channels
Also located in plasma membrane > specific channels
which changes cell potential. This works fast, with
modulators as well as blockers.
C. Enzymes
Catalysators (katalysoren) of the body. Inhibitors, false substrates and pro-drugs.
D. Transporters
Located in plasma membrane. Normal transport, inhibitor and false substrate.
1
,A. Receptors. There are different drug receptor
subtypes, but there are 4 subtypes.
- Receptor-operated channels: tijd tussen binding en
effect erg klein waardoor dit dan ook vaak in de
hersenen gebeurd.
- GPCR gaat via G-eiwitten die andere eiwitten
stimuleren of remmen (via second messengers). -
Enzyme receptors hebben een enzymatische/kinase
activiteit (tyrosine kinase). Het effect is veranderde
gen transcriptie en verandere eiwitsynthese.
- DNA copuled receptors zijn meer carriers (drug
moet eerst zelf over het membraan om bij de
receptor in de cel te komen → drug moet lipofiel zijn. Vervolgens neemt de receptor de gebonden
drug mee naar de kern waar het complex DNA bindt. Dit leidt ook tot veranderde gen transcriptie en
eiwitsynthese. Dit effect kan ure, soms dagen duren. Dit zijn vaak hormoonreceptoren.
Nowadays, only 400 proteins are targeted by approximately 1200 drugs. We have 400.000
functionally distinct proteins → dus we hebben maar ene kleion deel gevonden dat usefull is als
target. We hebben ong 25.000 genen, waarvan er door bioinformatici bepaald is dat er nog ongeveer
1800 genen usefull tarfets zijn voor ziektebestrijding.
The drug discovery process:
- Pre-discovery/target identification; understand the disease and choose a molecule to target
with (a molecule like protein or enzyme that plays a crucial role in the disease).
- Target validation; test a target and confirm its role in the disease (that’s an important role)
with animal and human models).
- Drug discovery; find a promising molecule (lead compound), that could become a drug.
- Early safety tests; perform initial tests on promising compounds; toxicity? → very important
step.
- Lead optimization; alter the structure of lead candidates to improve properties. The
compound has good qualities but also bad quealities which you need to modify. Modificeren
zodat je het positieve effect optimaliseert en het negatieve effect reduceert. This step has a
close interaction with safety tests; the modification must not be toxic.
- Preclinical testing; Determine if the drug is safe enough for human testing. First in animals
until you are sure it’s safe enough for human trials.
Er zijn verschillende benaderingen / technieken die gebruikt worden in target discovery (analyzing if
the target is important within the disease). Compare healthy tissue/organs with the diseased one’s
via:
- Genomics; look at RNA / gene transcription, prepare a
healthy and diseased sample → hybridize on different
chips and see differences between the genes.
- Proteomics; more complicated and takes longer.
Separate proteins 2D, excise (uitsluiten) and digest
protein → mass spectrometry; identify proteins.
- Genetic association (voor erfelijke ziektes bijvoorbeeld)
- Metabolomics; Looking at metabolitis that are
produced. Take a urine/plasma/tissue sample and do
mass-spectrometry. Identify the metabolites and
compare. Zo krijg je een global metabolic profile of
biological samples.
2
, Or identify targets by looking at the phenotype (clinical feature patient suffers from):
- Forward genetics (phenotype to gene); Identifying the genotype that is responsible for a
phenotype. Initially, this was done by generating random mutations in an organism, often
with radiation of insertional mutagenesis and after subsequent breeding, isolating individuals
with an aberrant phenotype (bv in muizen; kost veel tijd en geld om de dieren te verzorgen).
The underlying phenotype would be observed by genetic mapping. De mutatie maken kan
ook met een retrovirus (block random genen, laten cellen delen, check op bepaald fentoype
en kijk dan terug welke genen geblockt zijn). → Dit kan ook met chemical bibliotheek; expose
cells to all kind of chemicals.
- Reverse genetics (gene to phenotype); An approach to discover the function of a gene by
analyzing the phenotypic effects of specific gene sequences obtained by DNA sequencing. Dit
kan bij verschillende dieren gedaan worden (muis, fruitvlieg, gist). Doe een knock-out op een
specifiek gen en kijk naar het fenotype.
Simply put, while forward genetics seeks to find the genetic basis of a phenotype or trait,
reverse genetics seeks to find what a phenotype arise as a result of particular genetic
sequences.
Drug receptor interaction:
A drug only works if it binds. [D] + [R] → [DR]
De relatie tussen dosis en binding kan je meten; homogeniseer weefsel van een bepaald orgaan (bv
een hart), centrifugeer het zodat de zware cel delen zullen zakken en je een vloeistof over houdt van
membraan onderdelen. Voeg een radio gelabeld drug toe in verhoogde concentraties (in
verschillende tubes) en dan bindt het via equilibrium. Filter de suspensie en je houdt de ongebonden
hoeveelheid drug over.
K1
K2
Je zet de concentratie vaak over de x-as uit in een logaritmische schaal (sigmoïd curve ontstaat). Je
bent geïnteresseerd in de concentratie bij 50% binding. The lower the concentration at 50%, the
better the drug binds the receptor.
Determinatie van specifieke binding by substrate the non-specific binding (bindt bv met hem
membrane ipv the receptor) from the total binding. (radioligand = drug)
Om non-specific te bepalen; eerst incuberen met voldoende protecting ligand dan radioligand
toevoegen. De lijn van specifiek krijg je door de twee andere grafieken van elkaar af te trekken.
Total → nooit plateau
Non-specific → linear
Specific → Bmax, Kd
waarde uit bepalen
3
, Relatie tussen de concentratie en het effect van een drug:
Deze relatie kan je meten door functional studies. Neem een stukje weefsel met spier erin en hang
het ine en ‘bad’ waar het medicijn aan toegevoegd wordt in verhoogde concentratie. Als de spier
samentrekt (vasoconstrictie) wordt dit gemeten op de kymograaf waar het weefsel mee verbonden is
(dit wordt veel gedaan voor het hart of bloedvaten).
Realtie = Als je tekens de concentratie (logaritmisch) logaritmisch tegen het effect (in % door het
gemeten effect te delen door het maximale effect = Ea/Ea max) uitzet.
N= hill slope. Hoe stijl de cruve is.
Ka = de concentratie bij 50% in de normale grafiek! Dus niet logaritmisch.
pD2 = de concentratie bij 50% in logaritmische schaal! -Log(Ka) → Potency van agonist (=EC50).
Potency = a measurement of drug activity expressed in term of amount required to produce an effect.
(Het gemeten medicijn activiteit gemeten op het punt dat nodig moet zijn of een effect te bereiken).
De meeste potentie is dus bereikt als bij een lage concentratie van het geven van een drug al 50% van
het effect is gereikt. Dus bij meerdere curves, de meest linker (links heeft de laagste concentratie.
In een concentratie-effect curve kan je ook de efficiency zien (the capicity to produce an effect). Bij
een verlaagde efficacy wordt dus niet 100% effect bereikt.
Een partial agonist zal zorgen voor zo’n verlaging (partial agonists are drugs that bind to and activate a
given receptor but have only partial efficacy at the receptor relative to a full agonist). Een antagonist
zorgt date r helemaal geen effect is.
Je hebt verschillende typen antagonisten:
4
