Medicijnontwikkeling Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Medicijnontwikkeling Problemen: Ca. 1 procent van de potentiële medicijnen haalt de eindstreep: succesvolle toepassing in de mens Gehele proces duurt ca. 14 jaar 30% 65% 55% 55% 70% 50% 65% 95% Development Research Proof of Concept (PoC) 2y 4y 1½ y 1y 2½ y 2½ y Target disco very Lead Identification optimi zation Pre- clini cal Phase IIa III IV I IIb 2

Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Proefdieren Groot deel van het probleem ligt in de koppeling van proefdier (meestal muis of rat) naar mens; situatie is niet altijd gelijk Slechts één derde van het onderzoek in proefdieren kan succesvol worden ‘vertaald’ naar de mens* Vóór dierproeven al veel tijd en geld besteed * Hackam et al. (2006) 3

Voorbeeld (1): H.I.V. Veroorzaker van AIDS (immuundeficiëntie) Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Voorbeeld (1): H.I.V. Veroorzaker van AIDS (immuundeficiëntie) H.I.V.: Human Immunodeficiency Virus Alleen te testen in mensapen… moeilijk toestemming, en ook hier nog verschillen  probleem voor medicijn- onderzoek 4

Voorbeeld (2): Reuma Reumatoïde artritis Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Voorbeeld (2): Reuma Reumatoïde artritis Ontsteking van het synovium in gewrichten Nog steeds geen echt medicijn voor, alleen remmers Grote verschillen tussen mens en proefdier (meestal muis en rat, kunstmatig opgewekt)  probleem voor medicijnonderzoek 5

Voorbeeld (3): Astma Chronische ontsteking van de luchtwegen Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Voorbeeld (3): Astma Chronische ontsteking van de luchtwegen Muizen en ratten niet zo geschikt als proefdier Cavia staat dichter bij mens, en pathofysiologie van astma komt beter overeen Echter nog steeds verschillen met het menselijke astma  probleem voor medicijn- onderzoek 6

Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Wat te doen? Vergelijking maken tussen de situatie in het proefdier en de situatie in de mens, om te kijken waar de verschillen zitten Die verschillen zitten hem uiteindelijk in de kleinste functionele delen van de levende cel: de eiwitten, hun interacties met elkaar en hun interacties met andere delen van de cel 7

Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Eiwit (proteïne) Gemiddeld slechts nanometers (=miljoenste millimeters!) groot Vervult belangrijke functies in de cel Bestaat uit ketens van aminozuren Deze 20 verschillende typen aminozuren kunnen worden vereenvoudigd tot letters: …MNGTEGPNFYVPFSNVTGVVRSPFEQPQYYLAEPWQF SMLAAYMFLLIVLGFPINFLTLYVTVQHKKLRTPLNY ILLNLAVADLFMVFGGFTTTLYTSLHGYFVFGPTGCN… 8

DNA  RNA  Eiwit DNA (gen) transcriptie RNA translatie Eiwit Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery DNA  RNA  Eiwit DNA (gen) transcriptie RNA translatie Eiwit …CGTAGCTAGCTGATCGTAGCTAGCTGACTGATCTAGC CGATCGTAGCTAGCTAGCGATCGTGATCTAGCGCTAG TGACTGATCGTACTAGCTACTGACTCATCGAGGCATA… …MNGTEGPNFYVPFSNVTGVVRSPFEQPQYYLAEPWQF SMLAAYMFLLIVLGFPINFLTLYVTVQHKKLRTPLNY ILLNLAVADLFMVFGGFTTTLYTSLHGYFVFGPTGCN… 9

Hoe de organismen te koppelen? Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Hoe de organismen te koppelen? 10

Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Orthologie Koppeling van eiwit(ten) in proefdier naar eiwit(ten) in mens ≈ ≈ ≈ ≈ Orthologe eiwitten: eiwitten met gelijke evolutionaire oorsprong, die een vergelijkbare functie hebben, maar in verschillende soorten. Het ontbreken van, of dubbel voorkomen van, zo’n ortholoog kan een aanwijzing geven voor het (niet) werken van een medicijn. 11

Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Orthologie bepaling Door eiwitvolgordes (‘aminozuur-sequenties’) te vergelijken met computer-algoritmen Kan op verschillende manieren (sequentie-vergelijking, phylogenetische bomen) en met verschillende (statistische) toetsen 12

Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Databanken Alle gegevens over orthologie bij elkaar: heel veel gegevens! (honderden soorten, elk tienduizenden eiwitten, elk honderden/ duizenden aminozuren -> miljarden bytes) Gegevens moeten worden opgeslagen in databanken, op computer-servers, om informatie gemakkelijk terug te kunnen vinden 13

Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery 14

Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Dit proefschrift Beschrijft en vergelijkt verschillende computer-methoden voor: sequentie vergelijking (H3) orthologie bepaling (H2) Beschrijft een databank van orthologe genen over een reeks van enkele tientallen model organismen (waaronder muis en rat) plus mens (H4) 15

Dit proefschrift Toont enkele toepassingen van orthologie: Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Dit proefschrift Toont enkele toepassingen van orthologie: in de immunologie (H5) in de evolutie van genen (H6) in de transcriptomics (H7) Plaatst dit alles in een kader van medicijn-ontwikkeling: inleiding (H1) discussie (H8) 16

Titel: ‘Pharmacophylogenomics’ Pharmacophylogenomics – Explaining interspecies differences in drug discovery Titel: ‘Pharmacophylogenomics’ ‘Pharmaco’  we kijken naar medicijnen ‘Phylo’ (Gr. ras, klasse)  we kijken naar de evolutie van eiwitten ‘Genomics’  we kijken naar grote groepen van genen (en eiwitten) in meerdere organismen 17