Drug development and preclinical trials are challenging processes and more than 80% to 90% of drug candidates fail to gain approval from the United States Food and Drug Administration. Predictive and efficient tools are required to discover high quality targets and increase the probability of success in the process of new drug development. One such solution to the challenges faced in the development of new drugs and combination therapies is the use of low-cost and experimentally manageable in vivo animal models. Since the 1980's, scientists have been able to genetically modify the mouse genome by removing or replacing a specific gene, which has improved the identification and validation of target genes of interest. Now genetically engineered mouse models (GEMMs) are widely used and have proved to be a powerful tool in drug discovery processes. This review particularly covers recent fascinating technologies for drug discovery and preclinical trials, targeted transgenesis and RNAi mouse, including application and combination of inducible system. Improvements in technologies and the development of new GEMMs are expected to guide future applications of these models to drug discovery and preclinical trials.
Lee, Sol;Nam, Miyoung;Lee, Ah-Reum;Baek, Seung-Tae;Kim, Min Jung;Kim, Ju Seong;Kong, Andrew Hyunsoo;Lee, Minho;Lee, Sook-Jeong;Kim, Seon-Young;Kim, Dong-Uk;Hoe, Kwang-Lae
Genomics & Informatics
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제19권4호
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pp.39.1-39.8
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2021
Tamoxifen (TAM) is an anticancer drug used to treat estrogen receptor (ER)-positive breast cancer. However, its ER-independent cytotoxic and antifungal activities have prompted debates on its mechanism of action. To achieve a better understanding of the ER-independent antifungal action mechanisms of TAM, we systematically identified TAM-sensitive genes through microarray screening of the heterozygous gene deletion library in fission yeast (Schizosaccharomyces pombe). Secondary confirmation was followed by a spotting assay, finally yielding 13 TAM-sensitive genes under the drug-induced haploinsufficient condition. For these 13 TAM-sensitive genes, we conducted a comparative analysis of their Gene Ontology (GO) 'biological process' terms identified from other genome-wide screenings of the budding yeast deletion library and the MCF7 breast cancer cell line. Several TAM-sensitive genes overlapped between the yeast strains and MCF7 in GO terms including 'cell cycle' (cdc2, rik1, pas1, and leo1), 'signaling' (sck2, oga1, and cki3), and 'vesicle-mediated transport' (SPCC126.08c, vps54, sec72, and tvp15), suggesting their roles in the ER-independent cytotoxic effects of TAM. We recently reported that the cki3 gene with the 'signaling' GO term was related to the ER-independent antifungal action mechanisms of TAM in yeast. In this study, we report that haploinsufficiency of the essential vps54 gene, which encodes the GARP complex subunit, significantly aggravated TAM sensitivity and led to an enlarged vesicle structure in comparison with the SP286 control strain. These results strongly suggest that the vesicle-mediated transport process might be another action mechanism of the ER-independent antifungal or cytotoxic effects of TAM.
Prakash, Annamneedi Venkata;Park, Jun Woo;Seong, Ju-Won;Kang, Tae Jin
Biomolecules & Therapeutics
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제28권3호
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pp.222-229
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2020
The process of drug discovery and drug development consumes billions of dollars to bring a new drug to the market. Drug development is time consuming and sometimes, the failure rates are high. Thus, the pharmaceutical industry is looking for a better option for new drug discovery. Drug repositioning is a good alternative technology that has demonstrated many advantages over de novo drug development, the most important one being shorter drug development timelines. In the last two decades, drug repositioning has made tremendous impact on drug development technologies. In this review, we focus on the recent advances in drug repositioning technologies and discuss the repositioned drugs used for inflammatory diseases such as sepsis, asthma, and atopic dermatitis.
Yoon, Young-H.;Johnson, Charles A.;Soltys, Randolph A.;Sibley, Peter L.
한국수의병리학회지
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제1권2호
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pp.91-96
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1997
General steps in the discovery and development of novel drugs in the United States are presented. The first step is the discovery of novel drugs. Brief histories and mechanisms of a few novel drugs in the American market are outlined. In this presentation preclinical animal toxicologic studies (drug safety evaluateion) are emphasized in regard to drug development. When preclinical animal studies have defined the toxicity and the doses at which it occurs an Investigational new Drug Application (IND) is submitted to the Food and Drug Administration (FDA) An IND notifies the FDA the intention to begin testing a novel drug in human subjects.
A pseudoreceptor combines structure-based and ligand-based techniques to represent a unifying concept for both receptor mapping and ligand matching. In this molecular modeling approach, there are opportunities to construct the pseudoreceptor models using a set of small molecules. To build a reliable pseudoreceptor model, we need a set of ligand molecules with known affinity (biological activity) to generate 3D bioactive conformation for each of these ligand molecules. Several software packages are available to generate a pseudoreceptor model and this can provide an entry point for structure based drug discovery in cases where receptor structure information is not available. In this review, we presented the concept of pseudoreceptor, as well as discussed about various software packages available to generate a pseudoreceptor model.
New drug discovery and development research enable clinical treatment that saves human life and improves the quality of life, but the possibility of success with new drugs is significantly low despite a long time of 14 to 16 years and a large investment of 2 to 3 trillion won in traditional methods. As artificial intelligence is expected to radically change the new drug development paradigm, artificial intelligence new drug discovery and development projects are underway in various forms of collaboration, such as joint research between global pharmaceutical companies and IT companies, and government-private consortiums. This study uses the TOE framework and the Value-based Adoption Model, and the technical, organizational, and environmental factors that should be considered for the acceptance of AI technology at the level of the new drug research organization are the value of artificial intelligence technology. By analyzing the explanatory power of the relationship between perception and intention to use, it is intended to derive practical implications. Therefore, in this work, we present a research model in which technical, organizational, and environmental factors affecting the introduction of artificial intelligence technologies are mediated by strategic value recognition that takes into account all factors of benefit and sacrifice. Empirical analysis shows that usefulness, technicality, and innovativeness have significantly affected the perceived value of AI drug development systems, and that social influence and technology support infrastructure have significant impact on AI Drug Discovery and Development systems.
In the recent, pharmacokinetic (PK)/pharmacodynamic (PD) modeling has appeared as a critical path tools in new drug development to optimize drug efficacy and safety. PK/PD modeling is the mathematical approaches of the relationships between PK and PD. This approach in new drug development can be estimated inaccessible PK and PD parameters, evaluated competing hypothesis, and predicted the response under new conditions. Additionally, PK/PD modeling provides the information about systemic conditions for understanding the pharmacology and biology. These advantages of PK/PD model development are to provide the early decision-making information in new drug development process, and to improve the prediction power for the success of clinical trials. The purpose of this review article is to summarize the PK/PD modeling process, and to provide the theoretical and practical information about widely used PK/PD models. This review also provides model schemes and the differential equations for the development of PK/PD model.
We used a heterozygous gene deletion library of fission yeasts comprising all essential and non-essential genes for a microarray screening of target genes of the antifungal terbinafine, which inhibits ergosterol synthesis via the Erg1 enzyme. We identified 14 heterozygous strains corresponding to 10 non-essential [7 ribosomal-protein (RP) coding genes, spt7, spt20, and elp2] and 4 essential genes (tif302, rpl2501, rpl31, and erg1). Expectedly, their erg1 mRNA and protein levels had decreased compared to the control strain SP286. When we studied the action mechanism of the non-essential target genes using cognate haploid deletion strains, knockout of SAGA-subunit genes caused a down-regulation in erg1 transcription compared to the control strain ED668. However, knockout of RP genes conferred no susceptibility to ergosterol-targeting antifungals. Surprisingly, the RP genes participated in the erg1 transcription as components of repressor complexes as observed in a comparison analysis of the experimental ratio of erg1 mRNA. To understand the action mechanism of the interaction between the drug and the novel essential target genes, we performed isobologram assays with terbinafine and econazole (or cycloheximide). Terbinafine susceptibility of the tif302 heterozygous strain was attributed to both decreased erg1 mRNA levels and inhibition of translation. Moreover, Tif302 was required for efficacy of both terbinafine and cycloheximide. Based on a molecular modeling analysis, terbinafine could directly bind to Tif302 in yeasts, suggesting Tif302 as a potential off-target of terbinafine. In conclusion, this genome-wide screening system can be harnessed for the identification and characterization of target genes under any condition of interest.
Recently, more and more natural herbal products are investigated and used popularly. Pharmaceutical companies of Korea are very interested in developing herbal new drugs. And oriental doctors also need popular, modernized form of oriental drugs. The objective of this article is, first, to examine current situations of drug development in Korea, second, to know general concepts of patent and third, to think about new drug development and patent in oriental medicine's point of view. With consideration of oriental medicine's characteristics, concepts of new drug and patent should be improved. Therefore, the oriental pharmaceutical industry and developments of oriental new drugs could be inspired to further efforts.
Drug development began with the finding of biologically active compounds which are obtained by chemical synthesis or from natural sources. The advent of Combinatorial Chemistry is recognized as a strategy which has a potential to change the methodology of research and development(R&D) of new drugs. Drug development has been carried out with diverse strategies. In the past several decades a variety of new methodology have been introduced in R&D. Random screening of accumulated synthetic samples which had been synthesized for development of other drugs led to the discovery of new drugs. The typical examples are anti-asthma drug trimethoquinol and calcium antagonist diltiazem. (herbesser). In particular the latter drug has been used as a calcium antagonist worldwide, however it was first synthesized to find new tranquilizer and this is the reason why diltiazem has benzodiazepam skeleton. The random screening contributed in the finding of new drugs were carried out with whole animal test and it is a standard methodology in R&D of new drugs. Aspirin is the first synthetic non-steroidal antiinflammatory drug(NSAID) and has been used for more than one hundred years. It is the first example of drug developed from natural product. Salicin is the main constituent of willow bark which had been used in Europe for a long time to treat arthritis and aspirin was developed from salicin. Most of NSAID used clinically were developed from the structure of aspirin, however it took 70 years to clarify why aspirin exhibits its antiinflammatory, analgesic and antipyretic activities. The target of aspirin is cyclooxygenase(COX)which is the first enzyme involved in arachidonate cascade leading to the production of prostaglandins(PG) and thromboxan(TX). Side effect of aspirin causing ulcer in stomach is rather serious problem, since aspirin is so popular drug easily obtained in drug store(OTP). This problem is now going to be solved by a new finding on COX, which have two different types, one is constitutionally expressed COX 1 in almost all organs and the other is inducible COX 2. COX 2 is the responsible enzyme in inflammation etc and now the search of COX 2 specific inhibitors is the target of R&D of next generation NSAID.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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