Pohľad na vývoj inhibítorov C-Jun N-terminálnej kinázy ako liečiva na Alzheimerovu chorobu: Skúmanie štruktúry prostredníctvom dokovacích štúdií

Abstrakt:

c-Jun N-terminálna kináza (JNK) hrá dôležitú úlohu pri bunkovej smrti spôsobenej rôznymi stimulmi. Pretože izoforma JNK3 je exprimovaná hlavne v mozgu, predpokladá sa, že hrá kľúčovú úlohu pri rôznych neurodegeneratívnych ochoreniach, vrátane Alzheimerovej choroby (AD) a Parkinsonovej choroby (PD), ktorým stále chýbajú prijateľné terapeutiká. Aby sme vyvinuli nový a selektívny inhibítor JNK3, uskutočnili sme desaťročný prehľad (2011 až 2021) publikovaných článkov o inhibítoroch JNK, najmä tých, ktoré sa zameriavajú na štrukturálnu perspektívu a pohľady na dokovanie. Pozorovali sme štruktúry troch izoforiem JNK, menovite holoproteínov a kokryštálových štruktúr, s inhibítormi JNK3 a zhrnuli sme významné štrukturálne aspekty selektívnych inhibítorov JNK3 ako terapeutík AD.

Parkinsonova choroba je časté degeneratívne ochorenie nervového systému a medzi jej hlavné symptómy patrí tras, stuhnutosť, pomalý pohyb, porucha rovnováhy atď. Problémom s pamäťovou funkciou spojenou s príznakmi Parkinsonovej choroby sa však venuje čoraz väčšia pozornosť.

Štúdie ukázali, že pamäť pacientov s Parkinsonovou chorobou je výrazne ovplyvnená pri vykonávaní kognitívnych úloh a niektorí z nich tiež vykazujú zhoršenie kognitívnych funkcií, ako je strata pozornosti a znížená kognitívna citlivosť. To však neznamená, že ľudia s Parkinsonovou chorobou nemôžu mať dobrú pamäť.

Ľudia s Parkinsonovou chorobou môžu zlepšiť svoje pamäťové schopnosti neustálym cvičením a tréningom, najmä vykonávaním niektorých tréningov a cvičení pamäte. Tieto cvičenia môžu pomôcť ľuďom s Parkinsonovou chorobou zlepšiť ich kognitívne schopnosti, vybudovať si pozitívnejšie sebavedomie, zlepšiť kvalitu života a zlepšiť ich sebaúctu.

Medzi nimi niektoré jednoduché pamäťové cvičenia, vrátane množstva čítania, písania, matematických výpočtov, kreslenia a iných aktivít, môžu účinne zlepšiť kognitívne schopnosti pacientov s Parkinsonovou chorobou a prinútiť ich čeliť životu pozitívnejšie a sebavedomejšie. Okrem toho je veľmi efektívny aj tréning pamäte vrátane pamäte miesta, pamäte čísel, pamäte písmen, pamäte sekvencie udalostí atď. Tieto tréningy umožňujú ľuďom s Parkinsonovou chorobou lepšie čeliť rôznym problémom a vyrovnať sa s nimi a lepšie sa prispôsobiť svojej novej životnej situácii.

Celkovo možno povedať, že aj keď Parkinsonova choroba môže ovplyvniť pozornosť a pamäť pacientov, vhodný kognitívny tréning a cvičenie môžu pomôcť pacientom zlepšiť ich kognitívne funkcie a pomôcť im lepšie sa prispôsobiť ich novému životnému stavu. Pacienti s Parkinsonovou chorobou sa preto nemusia báť problémov s pamäťou, pokiaľ budú k životu pristupovať pozitívne a pozitívne, určite budú mať šťastný a aktívny život. Je vidieť, že si musíme zlepšiť pamäť. Cistanche môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože mäsová pasta je tradičný čínsky liečivý materiál s mnohými jedinečnými účinkami, z ktorých jedným je zlepšenie pamäte. Účinnosť mletého mäsa pochádza z rôznych aktívnych zložiek, vrátane karboxylovej kyseliny, polysacharidov, flavonoidov atď. Tieto zložky môžu podporovať zdravie mozgu rôznymi kanálmi.

Kliknite na vedieť spôsoby, ako zlepšiť funkciu mozgu

Kľúčové slová:

Alzheimerova choroba; c-Jun N-koncová kináza; inhibítor proteínkinázy s malou molekulou; JNK3; selektívnosť.

1. Úvod

Proteínkinázy boli objavené pred viac ako 65 rokmi, ale ich terapeutickým cieľom je menej ako 30 rokov [1,2]. Účasť proteínkináz na mnohých ochoreniach bola preukázaná na základe veľkého počtu štúdií a takéto kinázy sú už dlho sľubnou molekulárnou cieľovou skupinou. V ľudskom genóme je známych 518 známych proteínkináz a proteínkinázy fosforylujú približne jednu tretinu všetkých proteínov [3,4]. Mnoho výskumníkov vo farmaceutických spoločnostiach a akademickej sfére tvrdo pracovalo v tejto oblasti a výsledkom je, že americký FDA od roku 2021 schválil 67 liekov na báze inhibítorov kinázy s malou molekulou [5].

Gleevec, osvedčená liečba chronickej myeloidnej leukémie, bol uvedený na trh v roku 2001 po tom, čo bol vyvinutý spoločnosťou Novartis, čím sa začala éra inhibítorov proteínkinázy. Táto liečba stále rozširuje rozsah svojich aplikácií. V nadväznosti na to bolo v roku 2011 americkou FDA schválených deväť inhibítorov proteínkináz s malou molekulou, ktoré sa zameriavali výlučne na proliferatívne ochorenia, ako je rakovina. Podobne väčšina doteraz schválených inhibítorov proteínkináz sa používa v onkológii. Proteínkinázy sa však podieľajú aj na mnohých iných ochoreniach, vrátane zápalových, imunologických a kardiovaskulárnych ochorení, ako aj porúch centrálneho nervového systému (CNS), ako je Alzheimerova choroba (AD) a Parkinsonova choroba (PD) [6]. V roku 2011 bol ruxolitinib, ktorý je inhibítorom JAK1 a JAK2, schválený ako terapeutické činidlo na myelofibrózu. Spolu s týmto schválením sa stal čoraz aktívnejší výskum v oblasti neonkologických inhibítorov kináz [7]. Medzi 67 inhibítormi proteínkinázy schválenými FDA je až 10 liekov zameraných na ochorenia mimo onkológie, ale zatiaľ neexistuje žiadny inhibítor proteínkinázy na poruchy CNS.

AD bola objavená v roku 1906 a posmrtné vyšetrenie pozorovalo dva jasné biomarkery, konkrétne tau spleť a amyloid beta (A ) plak, ale od roku 2021 ešte nebol identifikovaný jasný terapeutický cieľ. S rýchlym starnutím globálnej populácie sa neurodegeneratívne ochorenia, ako je AD, stali hlavným spoločenským problémom a majú významný vplyv nielen na pacientov, ale aj na ostatných jedincov v okolí pacientov [8,9]. Pretože inhibítory proteínkináz s malými molekulami sa používajú pri širokom spektre chorôb, molekulárne ciele pritiahli významnú pozornosť v oblasti porúch CNS. Z mnohých potenciálnych CNS proteínkináz sme vybrali c-Jun N-terminálnu kinázu (JNK), člen rodiny mitogénom aktivovaných proteínkináz. JNK fosforylujú viaceré transkripčné faktory súvisiace s apoptózou, vrátane c-Jun, ATF, APP a tau, a indukujú bunkovú apoptózu [10].

JNK reagujú na rôzne stimuly, ako sú cytokíny, neurotoxíny, oxidačný stres a mastné kyseliny. Keď stimuly prvýkrát dosiahnu bunkovú membránu, signály sa prenesú do mitogénom aktivovanej proteínkinázy (MAPKKK), MAPKK4 a MAPKK7 prostredníctvom fosforylácie. Ďalej aktivované MAPKK4 a MAPKK7 fosforylujú JNK na dvoch rôznych miestach a fosforylovaný JNK potom fosforyluje N-koniec c-Jun, aby vyvolal apoptotický signál [11]. Okrem toho JNK priamo fosforyluje apoptotické proteíny, ako sú BIM a BMF, a aktivuje ich na aktiváciu kaspáz [12]. Celkovo sa JNK výrazne podieľajú na fyziologických procesoch apoptózy. Existujú tri rôzne ľudské gény JNK, menovite jnk1, jnk2 a jnk3, ktoré kódujú 10 rôznych zostrihov variantov JNK (4 JNK1/2 homozygotné a 2 JNK3 homológne), z ktorých JNK1 a JNK2 sú najviac exprimované (obrázok 1).

Na rozdiel od JNK1 a JNK2 je JNK3 väčšinou exprimovaný v mozgu a len malá časť je exprimovaná v srdci a semenníkoch. JNK3 sa považuje za potenciálny terapeutický cieľ pre neurodegeneratívne ochorenia spojené so smrťou neurónových buniek. Keď je c-Jun fosforylovaný JNK3, uľahčuje to aj dozrievanie tau tangle. Okrem toho je známe, že JNK3 priamo fosforyluje tau proteíny, čo vedie k tvorbe tau spletí.

Ďalší biomarker patológie AD, konkrétne amyloid beta, tiež súvisí s JNK3. JNK3 fosforyluje amyloidový prekurzorový proteín (APP) na T688, čo spôsobuje endocytózu APP, o ktorej je známe, že je najdôležitejším krokom v celom procese tvorby amyloidu-beta [13].

Mechanizmus, ktorý je základom apoptózy indukovanej plakmi, zostáva nejasný. Plaky indukujú fosforyláciu AMP-aktivovanej proteínkinázy (AMPK) a aktivovaná AMPK fosforyluje TSC2 a Raptor na S1387 a S792. Tento proces inhibuje dráhu mTOR a reprezentatívny systém na záchranu buniek a indukuje translačný blok, ktorý zabraňuje expresii proteínov [14]. Tento jav indukuje rozšírený oxidačný endoplazmatický retikulový stres, ktorý je sprevádzaný rozvinutou proteínovou odpoveďou, ktorá indukuje sekundárne reakcie, ako je zápalová reakcia, ktorá reaktivuje JNK3. Ďalším dôvodom na predpovedanie, že smrť neurónových buniek sa zníži v mozgoch pacientov s AD, keď je inhibovaná JNK3, je, že smrť neurónových buniek a kognitívny pokles boli tiež znížené v myšom modeli JNK3 knock-out FAD [15] (pozri obrázok 2).

2. Súčasný stav vývoja JNK inhibítorov

2.1. Inhibítory Pan-JNK

SP600125 (obrázok 3) je prvý známy pan-JNK inhibítor s hodnotami IC50 90, 40 a 40 nM pre JNK3, JNK2 a JNK1. Táto zlúčenina bola prvým študovaným inhibítorom JNK a rozšírilo sa chápanie intracelulárnej signálnej dráhy JNK. Spočiatku bola vyvinutá s použitím rakovinových buniek ako indikátorov apoptotickej bunkovej smrti, ale neskôr táto zlúčenina vykazovala neuroprotektívny účinok v MPTP-indukovaných PD zvieracích modeloch. Znižoval tiež neurofibrilárne zapletenie a A plaky na zvieracích modeloch AD [16–18]. Sila a selektivita SP600125 neviedla k vývoju lieku, ale je to zlúčenina, vďaka ktorej mnohí vedci považujú JNK za atraktívny cieľ lieku.

AS602801 (obrázok 3) je perorálne aktívny pan-JNK inhibítor. Hodnoty IC50 230, 90 a 80 nM sú uvedené pre JNK3, JNK2 a JNK1. Preukázal významný účinok na endometriózu, keď sa použil v kombinovanej terapii s hormónmi alebo ako monoterapia na modeloch paviánov a hlodavcov. Zatiaľ čo AS602801 nie je selektívny inhibítor, na rozdiel od SP600125 došlo k pokusu zacieliť na choroby súvisiace s imunitou pomocou liečby AS602801. Táto zlúčenina vstúpila do fázy II klinických skúšok v roku 2012 s indikáciou endometriózy [19,20].

Tanzisertib (obrázok 3) je tretím perorálne aktívnym pan-JNK inhibítorom s hodnotami IC50 6, 7 a 61 nM pre JNK3, JNK2 a JNK1. Ukázalo sa, že tanzisertib je účinný v experimentoch na zvieratách s použitím modelu pľúcnej fibrózy vyvolanej bleomycínom ako cieľového ochorenia pre idiopatickú pľúcnu fibrózu. Experimenty tiež ukázali, že znižuje produkciu TNF- v modeli akútnej potkanej LPS-indukovanej produkcie TNF-PK-PD. Vstúpila do II. fázy klinických skúšok s indikáciou idiopatickej pľúcnej fibrózy, ale štúdie boli z neznámych dôvodov zastavené [21].

2.2. Selektívne inhibítory JNK

Zlúčenina 1 (obrázok 4) je selektívny inhibítor JNK3 s úrovňami aktivity<1 nM for JNK3, 210 nM for JNK2, and 518 nM for JNK1. Unlike the pan-JNK inhibitors, it is characterized by isoform selectivity toward JNK3, which is mainly expressed in the brain. Therefore, it was developed to target Parkinson's disease [22]. Compound 2 (Figure 4) was synthesized from compound 1. It has a thiophenyl pyrazolone scaffold and selectivity for other kinases, as well as JNK1 and JNK2 isoforms. Its activity on JNK3 has an IC50 of 35 nM, and it exhibits a much better DMPK profile in vivo compared to previously reported JNK3 inhibitors (1 in Figure 4). It has also been demonstrated that this compound could be an orally available and blood-brain barrier (BBB)-penetrable [23].

Zlúčenina 3 (obrázok 4) bola objavená prostredníctvom viacstupňového virtuálneho skríningu založeného na štruktúre. Vykazuje 40 nM IC50 pre JNK3 a 2500-násobok selektivity izoforiem oproti JNK1 a JNK2, ako aj dobrý profil selektivity pre 398 kináz. Vykazuje tiež väčšiu neuroprotektívnu aktivitu proti A-indukovanej bunkovej toxicite v SH-SY5Y bunkách v porovnaní s LiCl, čo je potenciálne terapeutické činidlo pre AD in vitro. Štúdie na zvieratách s použitím myší odhalili zvýšené schopnosti učenia a pamäte a štúdie základných mechanizmov odhalili, že táto zlúčenina môže významne znížiť difúziu fibrilárnych plakov A prostredníctvom inhibície JNK po zníženej fosforylácii APP a tau proteínov v kortexe a hipokampe. [24].

Zlúčenina 4 (obrázok 4) je selektívny inhibítor JNK2- a JNK{3}} s hodnotami IC50 16 nM pre JNK3, 97 nM pre JNK2 a 420 nM pre JNK1. Selektivita izoforiem JNK2 sa nedosiahla, ale zlúčenina vykazovala vysokú selektivitu oproti iným skupinám MAPK a izoformám JNK1. Ako inhibítor JNK3 pre terapeutiká neurodegeneratívnych chorôb táto zlúčenina vykazovala priaznivú permeabilitu BBB [25].

3. Analýza štrukturálnej perspektívy aktívneho miesta JNK

3.1. Prekrývanie kryštálových štruktúr JNK1, JNK2 a JNK3

Na porovnanie štruktúr JNK1 a JNK3 bola zlúčenina 3 vložená do JNK3 (Protein Data Bank (PDB) ID: 4WHZ). Indolín-2-jedna zložka sa nachádza v pántovej oblasti a interaguje s vodíkom NH a karbonylovým kyslíkom v hlavnom reťazci Met149. Dusík tiazolu-4-on tvorí vodíkovú väzbu s Lys93 cez vodný mostík a 2-chlórfenylová skupina je pochovaná v hydrofóbnom vrecku pozostávajúcom z Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146, a Leu206, ktorý sa nachádza na zadnej strane aktívneho miesta za zvyškom strážcu brány Met146. Met146 interaguje s aromatickým kruhom (v zlúčenine 3, 2-chlórfenylová skupina) v JNK3.

Keď bola dokovaná póza zlúčeniny 3 s JNK3 superponovaná na kryštálové štruktúry JNK1 (PDB ID: 3PZE, 2XRW, 4QTD, 3ELJ, 4AWI a 4L7F) (obrázok 5), zdalo sa, že každý zvyšok Met108 v pozorovaných štruktúrach JNK1 by mohol byť v konflikte s 2-chlórfenylovou skupinou obsadzujúcou oblasť selektivity, na rozdiel od metionínu146 v JNK3 [26]. Tento konflikt metionínu by mohol vysvetliť selektivitu zlúčeniny 3 pre JNK3 oproti JNK1.

Aby sa určilo, ako vrátnikový zvyšok metionín108 pôsobí v aktívnom mieste JNK2, dokovaná póza zlúčeniny 3 bola superponovaná na tri publikované kryštálové štruktúry JNK2 (PDB ID: 3E7O, 7CML a 3NPC) (obrázok 6). Hoci Met108 v 3E7O je v konflikte s 2-chlórfenylovou skupinou obsadzujúcou kapsu selektivity, Met108 z 7CML a 3NPC interaguje s 2-chlórfenylovou skupinou prostredníctvom interakcií síra-pi, podobne ako Met146 v aktívne miesto JNK3 [32]. Buď sú tieto dve štruktúry tvoriace interakcie síry a pi, holoenzýmy bez kokryštalizovaných ligandov, alebo kokryštalizované ligandy už majú aromatické kruhy zaberajúce kapsu selektivity. V kryštálovej štruktúre zlúčeniny 4, ktorá má izoformnú selektivitu iba pre JNK1, má naftalénová skupina interakciu síra-pi so zvyškom Met146 JNK3 a IC50 JNK2 je 97 nM, čo je primeraná hladina aktivity. V prípade alisertibu, berúc do úvahy kryštálovú štruktúru alisertibu na JNK3 (nie je znázornené), trifluórfenylová skupina zaberá miesto selektivity a interaguje s Met146, ale aktivita JNK2 je takmer rovnaká ako aktivita JNK3. Kombináciou týchto pozorovaní sme dospeli k záveru, že zlúčenina 4 indukuje vrátnikový zvyšok Met108 JNK2, aby sa dostatočne pohyboval, aby vytvoril hydrofóbnu kapsu podobnú kapsu JNK3.

Správanie zvyšku strážcu metionínu 146 v aktívnom mieste JNK3 sa pozorovalo použitím rovnakej metódy opísanej vyššie (obrázok 7). Skupiny Met146 v štyroch kryštálových štruktúrach JNK3 (PDB ID: 4WHZ, 4W4W, 3OY1, 7KSI) vykazujú interakcie síra-pi s 2-chlórfenylovými skupinami, s výnimkou dvoch kryštálových štruktúr (PDB ID: 6EMH, 6EQ9 ), v ktorých kokryštalizované ligandy neobsadzujú hydrofóbnu kapsu [26–32]. Zlúčením indukovaný pohyb metionínových zvyškov v štruktúre JNK2 a tvorba hydrofóbneho vrecka sú bežnejšie v štruktúrach JNK3. Táto tendencia by mohla vysvetliť izoformnú selektivitu JNK. Žiadny z Met108 zvyškov v pozorovaných kryštálových štruktúrach JNK1 sa dostatočne nepohybuje na vytvorenie hydrofóbneho vrecka, ale v kryštálových štruktúrach JNK2 a JNK3 sa metionínové zvyšky dostatočne pohybujú, aby vytvorili hydrofóbne vrecká s inhibítormi. Selektivita pre JNK1 sa preto môže dosiahnuť prostredníctvom obsadenia hydrofóbneho vrecka, ale selektivita JNK2 si vyžaduje ďalšie vysvetlenie.

3.2. Rôzne zvyšky medzi JNK1 a JNK3

Aby sme preskúmali zvyšky obsahujúce aktívne miesto JNK3, pozorovali sme zvyškové sekvencie 45 až 400 JNK3 a zistili sme, že zvyšok Leu144 existuje v aktívnom mieste ako prvok vo vrecku selektivity. Leu144 tvorí hydrofóbne interakcie s naftalénovým kruhom zlúčeniny 4 v kryštálovej štruktúre JNK3 (PDB ID: 3OY1) (obrázok 8a). Keď je však kryštálová štruktúra JNK1 (PDB ID: 3PZE) superponovaná na spoločne kryštalizovaný ligand 3OY1 (obrázok 8b), Ile106 existuje namiesto zvyšku Leu144 na rovnakom mieste a je v konflikte s naftalénovým kruhom zlúčeniny 4 [37]. Vzdialenosť medzi Leu144 v kryštálovej štruktúre JNK3 a naftalénovým kruhom je udržiavaná na 3,53 Á, ale Ile106 z kryštálovej štruktúry JNK1 spôsobuje zlý kontakt s naftalénovým kruhom, pretože je príliš blízko vo vzdialenosti 2,26 Á. Pretože JNK2 má tiež Leu144 na rovnakom mieste ako JNK3, môžeme dospieť k záveru, že obsadenie vrecka selektivity nie je absolútnou podmienkou na dosiahnutie selektivity pre JNK1 a JNK2.

4. Funkčné skupiny v každej zlúčenine prispievajúce k selektivite izoforiem

Na určenie štrukturálnych kľúčov pre selektívnu inhibítorovú zlúčeninu 1 vo väzbovom režime sme podrobne analyzovali komplex kokryštálov zlúčeniny 1-JNK3 (obrázok 9). Pár vodíkových väzieb sa vytvára v pántovej oblasti Met149, skupina NH benzamidu pôsobí ako donor vodíkovej väzby a 2-dusík v pyrazolovom kruhu pôsobí ako akceptor vodíkovej väzby. Ďalšia vodíková väzba sa vytvára medzi močovinovou skupinou a Lys93 cez vodný mostík a 2-chlórfenylová skupina sa nachádza hlboko v hydrofóbnom vrecku a vytvára interakciu síra-pi so zvyškom strážcu Met146. Zavedenie orto-substituovaného chloridu sa zdá byť dôležité z hľadiska selektivity, pretože mení uhol dvoch kruhov z hľadiska konformácie a spôsobuje, že fenylová skupina zapadá do vrecka selektivity [22]. Protónovaný pyrolidín v oblasti expozície rozpúšťadla tvorí vodíkovú väzbu s Asn89 v hornej časti aktívneho miesta. Zlúčenina 1 vykazuje 210-násobnú selektivitu pre JNK3 oproti JNK2, ktorá je oveľa vyššia ako u ostatných skúmaných selektívnych inhibítorov JNK3. Vodíková väzba medzi pyrolidínom a Asn89 je najrozumnejším vysvetlením tohto javu.

Podobné pozorovanie sa uskutočnilo pre kokryštalickú štruktúru zlúčeniny 2-JNK3 (obrázok 10). Zlúčenina 2 má tiež dve vodíkové väzby s Met149 v pántovej oblasti, tvorené NH skupinou z amidu a 2-dusíka pyrazolového kruhu. Ďalšia vodíková väzba bola nájdená v močovinovej skupine s Lys93 cez vodný mostík. S močovinou spojená 2-chlórfenylová skupina vykazovala interakciu síry-pi so zvyškom strážcu Met146 vo vrecku selektivity a substitúcia ortochloridu urobila túto interakciu priaznivejšou. Všetky tieto interakcie boli veľmi podobné vzťahu zlúčeniny 1 s JNK3. Jediným rozdielom v porovnaní s väzbovým režimom zlúčeniny 1 bola strata vodíkových väzieb v zložke expozície rozpúšťadlu, čo sa javí ako dôvod zmeny aktivity JNK3 (od r.<1 nM to 35 nM) and the decrease in selectivity compared to JNK2 (from 210- to 39-fold) [23]. However, compound 2 showed a superior pharmacokinetic profile in vivo compared to compound 1. Regardless, we believe that it is advantageous to maintain the hydrogen bond donor property in the solvent exposure component for the future design of selective JNK3 inhibitors.

Väzbový režim zlúčeniny 3 sa skúmal, aby sa preskúmalo odôvodnenie pre zlúčeninu 3 vykazujúcu 2500-násobnú selektivitu oproti JNK2 (obrázok 11). Kokryštalická štruktúra nebola dostupná pre zlúčeninu 3 a režim viazania sme monitorovali pomocou simulácií dokovania. Ako je znázornené na obrázku 5, jedna zložka indolínu-2- sa nachádza v pántovej oblasti, kde sú dve vodíkové väzby s Met149, jedna vodíková väzba s Lys93 cez vodný mostík a hydrofóbna interakcia {{11 }}chlórfenylová skupina [24]. Okrem týchto interakcií sme zistili, že 5-fluór indolínu-2- jeden úzko interaguje so zvyškami Asn152 a Gln155 (vzdialenosti 4,69 Á, respektíve 3,41 Á) prostredníctvom F-väzby. Tieto interakcie sú jasné na základe rozdielov v aktivite s a bez substitúcie fluóru. Okrem toho bočný reťazec Asn152 vykazuje dipólovú interakciu s karbonylovou skupinou tiazol-4-ónu. F-väzba aj dipólové interakcie by mohli vysvetliť vysokú selektivitu zlúčeniny 3 pre JNK2.

Na rozdiel od selektivity zlúčeniny 3 sme skúmali nízku selektivitu zlúčeniny 4, aby sme identifikovali jej väzbový režim (obrázok 12). Má dve vodíkové väzby v pántovej oblasti a karbonylová skupina triazol-3-jednej priamo tvorí vodíkovú väzbu s Lys93, na rozdiel od predchádzajúcich zlúčenín. Naftalénový kruh vstupuje do vrecka selektivity a vytvára hydrofóbne a sírovo-pi interakcie so zvyškami opísanými vyššie [25]. Hoci bola cyklohexánová skupina nahradená v zložke vystavenia rozpúšťadlu, nepozorovali sa žiadne ďalšie interakcie. Záverom možno povedať, že zlúčeniny so selektivitou pre JNK2 bežne vykazujú ďalšie interakcie vo forme vodíkových väzieb, Fväzieb alebo dipólových interakcií pri expozícii rozpúšťadlu.

5. Závery

Neurodegeneratívne ochorenia, ako je AD, sa stávajú čoraz kritickejšími sociálnymi problémami na základe rýchlo starnúcej globálnej populácie. AD je choroba s obrovskými nenaplnenými terapeutickými potrebami, ktoré si vyžadujú nové terapeutické molekulárne ciele. Pokiaľ ide o nové terapeutické ciele, skúmali sme c-Jun N-terminálnu kinázu 3, ktorá je kľúčovou proteínkinázou v neurónovom apoptotickom procese. JNK hrá dôležitú úlohu v apoptotickom procese na konci MAPK dráhy a izoforma JNK3 sa exprimuje hlavne v mozgu. Preto sa považuje za cieľ pre neurodegeneratívne ochorenia, pri ktorých je kľúčovou udalosťou neuronálna apoptóza. Navyše, pretože JNK3 sa opakovane objavuje v niekoľkých patologických dráhach AD, považovali sme ho za sľubný cieľ na prekonanie tohto ochorenia.

Preto sa zostavil komplexný zoznam súčasných inhibítorov pan-JNK a selektívnych inhibítorov JNK3 a preskúmali sa ich väzbové režimy. Selektívne inhibítory JNK3 bežne zaberajú hydrofóbnu oblasť (Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146 a Leu206) nazývanú kapsa selektivity zavedením aromatického kruhu do inhibítora JNK3 tak, aby mohol vstúpiť do hydrofóbnej kapsy hlboko v aktívnom mieste JNK3. . Selektivita pre izoformu JNK1 sa dosiahla umožnením hydrofóbnych interakcií a interakcií síra-pi. Šesť kryštálových štruktúr JNK1, tri JNK2 a šesť JNK3 kryštálových štruktúr sa vybralo podľa ich rozlíšení na porovnanie ligandom indukovaných pohybov vrátnikov Met zvyškov. V každom zo šiestich kokryštálov JNK1 sa metionín zrazil s aromatickým kruhom v selektívnom inhibítore JNK3 a žiadny z kokryštalizovaných ligandov sa nemohol zmestiť do hydrofóbneho vrecka. Zrážka metionínu gatekeepera s aromatickým kruhom bola tiež pozorovaná v kokryštále JNK2, ale ak kokryštalizovaný ligand zaberá hydrofóbnu oblasť, potom je metionín JNK2 indukovaný ligandom a môže sa vytvoriť kapsa.

Medzi šiestimi pozorovanými kokryštálovými štruktúrami inhibítor-JNK3 bolo viac prípadov, keď ligandy obsadili hydrofóbnu kapsu riadiacu túto selektivitu. Štyri kokryštalizované ligandy obsadili hydrofóbnu kapsu a dva neobsadili hydrofóbnu kapsu. Hoci boli pozorované rôzne úrovne obsadenia v závislosti od tvarov štyroch ligandov, všetky metioníny tvorili hydrofóbnu kapsu.

Ako doplnkové vysvetlenie pre zvyšky obsahujúce hydrofóbnu kapsu hlboko v aktívnom mieste existuje rozdiel medzi Leu JNK3 a Ile JNK1. Na rozdiel od relatívne krátkeho Leu bráni Ile zvyšok JNK1 stredným až veľkým aromatickým kruhom vstúpiť do hydrofóbneho vrecka.

Pretože leucínový zvyšok je umiestnený v hydrofóbnom vrecku JNK2, ako aj JNK3, aromatický kruh v hydrofóbnej oblasti nemá žiadny významný vplyv na selektivitu oproti JNK2. Podľa týchto výsledkov je možné vidieť, že na získanie izoformnej selektivity pre JNK2 sú potrebné ďalšie prvky a možno pochopiť, že zatiaľ nie je veľa inhibítorov, ktoré túto prekážku prekonali.
Čo sa týka štruktúr selektívnych inhibítorov JNK3, ktoré sú tiež selektívne pre JNK2, pozorovalo sa, že všetky vykazujú ďalšiu väzbu v časti vystavenej rozpúšťadlu. Selektívny inhibítor JNK3, konkrétne zlúčenina 1 (obrázok 9), tvorí H-väzbu medzi protónovaným pyrolidínom a Asn89 a ďalší selektívny inhibítor JNK3, konkrétne zlúčenina 3, tiež vytvára F-väzbu medzi fluórom substituovaným v indolíne{11 }}jedna skupina a Asn152/Gln155. Všetky tieto väzby sú ďalšími interakciami v oblasti vystavenia rozpúšťadlu. Okrem toho, karbonylová skupina tiazol{14}}jedna v zlúčenine 3 bola blízko zvyšku Asn152, čo bolo predpovedané ako dipólová interakcia.

Akonáhle sa dosiahne selektivita izoforiem, je tu ešte veľa prekážok, ktoré treba prekonať. Po prvé, kvôli podobnostiam vreciek viažucich ATP, na ktoré sa zameriava väčšina inhibítorov proteínkinázy, by sa mala prednostne dosiahnuť všeobecná selektivita voči proteínkinómu inému ako JNK1/2. Po druhé, bude potrebná vysoká účinnosť, pretože telesná koncentrácia terapeutík musí súťažiť s ATP, ktorý je v bunkách prítomný v milimolárnom rozsahu. Po tretie, bude potrebná penetrácia BBB bez generovania veľkých vedľajších účinkov, čo je najťažšia výzva, pretože AD, choroba, ktorú sa snažíme poraziť, je chronická choroba a na dlhodobú liečbu sú potrebné terapeutiká. Preto sa v indikáciách s tak dlhou dobou dávkovania stáva veľmi dôležitou otázkou široký bezpečnostný profil. Hoci vývoj inhibítorov JNK3 ako liečby neurodegeneratívnych ochorení zatiaľ nebol úspešný, začína byť jasné, že JNK3 je sľubným terapeutickým cieľom.

JNK3 priťahuje stále viac pozornosti ako terapeutický cieľ pre AD. Tieto charakteristiky by sa mali vziať do úvahy pri navrhovaní nových inhibítorov JNK3, ktoré by v krátkom čase mohli uľahčiť vývoj silných a selektívnych inhibítorov JNK3 ako terapeutík pre AD.

Financovanie:

Tento výskum bol financovaný z grantov Národnej výskumnej nadácie Kórey NRF-2020R1A6A1A03042854 (Centrum pre proteinopatiu) a NRF-2021R1A2C2007159 (J.-M. Hah).

Vyhlásenie inštitucionálnej revíznej rady:

Nepoužiteľné.
Vyhlásenie informovaného súhlasu:

Nepoužiteľné.

Konflikt záujmov:

Autori nemajú žiadny konflikt záujmov, ktorý by mohli deklarovať.

Referencie

1. Burnett, G.; Kennedy, EP Enzymatická fosforylácia proteínov. J. Biol. Chem. 1954, 211, 969–980. [CrossRef]

2. US Food & Drug Administration. Dostupné na internete: https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/compilationcder-new-molecular-entity-nme-drug-and-new-biologic-approvals (prístup 14. septembra 2021).

3. Ficarro, SB; McClelland, ML; Stukenberg, PT; Burke, DJ; Ross, MM; Shabanowitz, J.; Hunt, DF; White, FM analýza fosfoproteómu hmotnostnou spektrometriou a jej aplikácia na Saccharomyces cerevisiae. Nat. Biotechnol. 2002, 20, 301-305. [CrossRef]

4. Cohen, P. Regulácia funkcie proteínu fosforyláciou viacerých miest – 25-ročná aktualizácia. Trends Biochem. Sci. 2000, 25, 596-601. [CrossRef]

5. Roskoski, RJ Vlastnosti inhibítorov proteínkináz s malou molekulou schválených FDA: aktualizácia z roku 2021. Pharmacol. Res. 2021, 165, 105463. [CrossRef]

6. Muller, S.; Chaikuad, A.; Gray, NS; Knapp, S. Výhody a nevýhody vývoja selektívneho inhibítora kinázy. Nat. Chem. Biol. 2015, 11, 818–821. [CrossRef]

7. Cohen, P.; Alessi, objav lieku DR Kinase – čo bude ďalej v tejto oblasti? ACS Chem. Biol. 2013, 8, 96–104. [CrossRef]

8. Malý, DH; Cappai, R. Alois Alzheimer a Alzheimerova choroba: Storočná perspektíva. J. Neurochem. 2006, 99, 708-710. [CrossRef] [PubMed]

9. Nichols, E.; Szoeke, CEI; Vollset, SE; Abbasi, N.; Abd-Allah, F.; Abdela, J.; Aichour, MTE; Akinyemi, RO; Alahdab, F.; Asgedom, SW; a kol. Globálna, regionálna a národná záťaž Alzheimerovou chorobou a inými demenciami, 1990–2016: Systematická analýza pre štúdiu Global Burden of Disease 2016. Lancet Neurol. 2019, 18, 88–106. [CrossRef]

10. Derijard, B.; Hibi, M.; Wu, 1H; Barrett, T.; Su, B.; Deng, T.; Karin, M.; Davis, RJ JNK1: Proteínkináza stimulovaná UV svetlom a Ha-Ras, ktorá viaže a fosforyluje aktivačnú doménu c-Jun. Cell 1994, 76, 1025-1037. [CrossRef]

11. Johnson, GL; Nakamura, K. Cesta aktivovaná c-jun kinázou/stresom: Regulácia, funkcia a úloha pri ľudských chorobách. Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Res. 2007, 1773, 1341–1348. [CrossRef] [PubMed]

12. Okazawa, H.; Estus, S. Kaskáda JNK/c-Jun a Alzheimerova choroba. Am. J. Alzheimer's Dis. Iný dement. 2002, 17, 79–88. [CrossRef]

13. Bruckner, SR; Tammariello, SP; Kuan, CY; Flavell, RA; Rakič, P.; Estus, S. JNK3 prispieva k aktivácii c-Jun a apoptóze, ale nie k oxidačnému stresu v sympatických neurónoch zbavených nervových rastových faktorov. J. Neurochem. 2001, 78, 298-303. [CrossRef]

14. Gwinn, DM; Shackelford, DB; Egan, DF; Mihaylova, MM; Mery, A.; Vasquez, DS; Turk, BE; Shaw, RJ AMPK fosforylácia dravca sprostredkuje metabolický kontrolný bod. Mol. Cela 2008, 30, 214–226. [CrossRef]

15. Yoon, SO; Park, DJ; Ryu, JC; Ozer, HG; Tep, C.; Shin, YJ; Lim, TH; Pastorino, L.; Kunwar, AJ; Walton, JC; a kol. JNK3 udržiava metabolický stres vyvolaný A peptidmi. Neuron 2012, 75, 824–837. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com