C-Jun N-terminaalse kinaasi inhibiitorite kui Alzheimeri tõve ravimeetodite väljatöötamise perspektiiv: struktuuri uurimine dokkimisuuringute kaudu

Abstraktne:

c-Jun N-terminaalne kinaas (JNK) mängib olulist rolli erinevatest stiimulitest põhjustatud rakusurmas. Kuna isovorm JNK3 ekspresseerub peamiselt ajus, arvatakse, et see mängib keskset rolli mitmesugustes neurodegeneratiivsetes haigustes, sealhulgas Alzheimeri tõve (AD) ja Parkinsoni tõve (PD), millel puudub endiselt usutav ravi. Uue ja selektiivse JNK3 inhibiitori väljatöötamiseks viisime läbi kümneaastase ülevaate (2011–2021) JNK inhibiitoreid käsitlevatest avaldatud artiklitest, eriti nendest, mis keskendusid struktuursele perspektiivile ja dokkimise arusaamadele. Vaatlesime JNK3 inhibiitoritega kolme JNK isovormi, nimelt holoproteiinide ja kaaskristallstruktuuride struktuure ja tegime kokkuvõtte selektiivsete JNK3 inhibiitorite kui AD-ravimite olulised struktuuriaspektid.

Parkinsoni tõbi on levinud närvisüsteemi degeneratiivne haigus, mille peamisteks sümptomiteks on värinad, jäikus, aeglane liikumine, tasakaaluhäired jne. Kuid Parkinsoni tõve sümptomitega kaasnevatele mälufunktsiooni probleemidele pööratakse üha enam tähelepanu.

Uuringud on näidanud, et Parkinsoni tõvega patsientide mälu on kognitiivsete ülesannete täitmisel oluliselt mõjutatud ning mõnel neist ilmnevad ka kognitiivsete funktsioonide häired, nagu tähelepanu kaotus ja kognitiivse tundlikkuse vähenemine. See aga ei tähenda, et Parkinsoni tõvega inimestel ei võiks olla hea mälu.

Parkinsoni tõbe põdevad inimesed saavad oma mäluoskusi parandada pideva harjutamise ja treenimise kaudu, eriti tehes mälutreeningut ja harjutusi. Need harjutused võivad aidata Parkinsoni tõvega inimestel parandada nende kognitiivseid võimeid, arendada positiivsemat enesekindlust, parandada nende elukvaliteeti ja parandada nende enesehinnangut.

Nende hulgas võivad mõned lihtsad mäluharjutused, sealhulgas palju lugemist, kirjutamist, matemaatilisi arvutusi, joonistamist ja muid tegevusi tõhusalt parandada Parkinsoni tõvega patsientide kognitiivseid võimeid ning panna nad elule positiivsemalt ja enesekindlamalt suhtuma. Lisaks on väga tõhus mälutreening, sealhulgas asukohamälu, numbrimälu, tähemälu, sündmuste jada mälu jne. Need koolitused võimaldavad Parkinsoni tõbe põdevatel inimestel erinevate probleemidega paremini silmitsi seista ja nendega toime tulla ning uue eluolukorraga paremini kohaneda.

Kokkuvõttes võib öelda, et kuigi Parkinsoni tõbi võib mõjutada patsientide tähelepanu- ja mäluvõimet, võib asjakohane kognitiivne treening ja treening aidata patsientidel parandada nende kognitiivset funktsiooni ja aidata neil paremini kohaneda oma uue elustaatusega. Seetõttu ei pea Parkinsoni tõvega patsiendid kartma mäluprobleeme, seni kuni nad suhtuvad elusse positiivselt ja positiivselt, on neil kindlasti õnnelik ja tegus elu. On näha, et me peame oma mälu parandama. Tistanche võib oluliselt parandada mälu, sest lihapasta on traditsiooniline Hiina ravimmaterjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Hakkliha tõhusus tuleneb erinevatest toimeainetest, sealhulgas karboksüülhappest, polüsahhariididest, flavonoididest jne. Need koostisosad võivad erinevate kanalite kaudu edendada aju tervist.

Klõpsake teada, kuidas ajufunktsiooni parandada

Märksõnad:

Alzheimeri tõbi; c-Jun N-terminaalne kinaas; väikese molekuliga proteiinkinaasi inhibiitor; JNK3; selektiivsus.

1. Sissejuhatus

Proteiini kinaasid avastati rohkem kui 65 aastat tagasi, kuid need on olnud terapeutilisteks sihtmärkideks vähem kui 30 aastat [1,2]. Proteiinkinaaside osalus paljudes haigustes on kindlaks tehtud suure hulga uuringute põhjal ja sellised kinaasid on pikka aega olnud paljulubav molekulaarne sihtrühm. Inimese genoomis on kodeeritud 518 teadaolevat proteiinkinaasi ja proteiinkinaasid fosforüülivad ligikaudu ühe kolmandiku kõigist valkudest [3,4]. Paljud farmaatsiaettevõtete ja akadeemiliste ringkondade teadlased on selles valdkonnas kõvasti tööd teinud ning selle tulemusena on USA FDA poolt 2021. aasta seisuga heaks kiidetud 67 väikesemolekulilist kinaasi inhibiitorravimit [5].

Gleevec, kroonilise müeloidse leukeemia väljakujunenud ravimeetod, käivitati 2001. aastal pärast seda, kui Novartis oli selle välja töötanud, käivitades proteiinkinaasi inhibiitorite ajastu. See ravimeetod laiendab endiselt oma rakenduste valikut. Pärast seda kiitis USA FDA 2011. aastal heaks üheksa väikese molekuliga proteiinkinaasi inhibiitorit ja need olid suunatud ainult proliferatiivsetele haigustele, nagu vähk. Samamoodi kasutatakse onkoloogias enamikku seni heakskiidetud proteiinkinaasi inhibiitoreid. Kuid proteiinkinaasid on seotud ka paljude teiste haigustega, sealhulgas põletikuliste, immunoloogiliste ja südame-veresoonkonna haigustega, aga ka kesknärvisüsteemi (KNS) häiretega, nagu Alzheimeri tõbi (AD) ja Parkinsoni tõbi (PD) [6]. 2011. aastal kiideti heaks ruksolitiniib, mis on JAK1 ja JAK2 inhibiitor, müelofibroosi raviainena. Koos selle heakskiiduga muutusid mitteonkoloogiliste kinaasi inhibiitorite valdkonna uuringud üha aktiivsemaks [7]. FDA poolt heaks kiidetud 67 proteiinkinaasi inhibiitori hulgas on kuni 10 ravimit, mis on suunatud onkoloogiavälistele haigustele, kuid kesknärvisüsteemi häirete jaoks pole veel ühtegi proteiinkinaasi inhibiitorit.

AD avastati 1906. aastal ja surmajärgsel läbivaatusel täheldati kahte selget biomarkerit, nimelt tau sasipundart ja amüloid-beeta (A ) naastu, kuid 2021. aasta seisuga pole selget terapeutilist sihtmärki veel tuvastatud. Maailma elanikkonna kiire vananemisega on neurodegeneratiivsed haigused, nagu AD, muutunud suureks sotsiaalseks probleemiks ja neil on oluline mõju mitte ainult patsientidele, vaid ka teistele patsientidele [8, 9]. Kuna väikese molekuliga proteiinkinaasi inhibiitoreid kasutatakse paljude haiguste korral, on molekulaarsed sihtmärgid pälvinud kesknärvisüsteemi häirete valdkonnas märkimisväärset tähelepanu. Paljude potentsiaalsete kesknärvisüsteemi proteiinkinaaside hulgast valisime välja c-Jun N-terminaalse kinaasi (JNK), mis on mitogeen-aktiveeritud proteiinkinaasi perekonna liige. JNK-d fosforüülivad mitmeid apoptoosiga seotud transkriptsioonifaktoreid, sealhulgas c-Jun, ATF, APP ja tau, ning kutsuvad esile raku apoptoosi [10].

JNK-d reageerivad erinevatele stiimulitele, nagu tsütokiinid, neurotoksiinid, oksüdatiivne stress ja rasvhapped. Kui stiimulid jõuavad esmakordselt rakumembraanile, kantakse signaalid fosforüülimise teel üle mitogeen-aktiveeritud proteiinkinaasile (MAPKKK), MAPKK4 ja MAPKK7. Järgmisena fosforüülivad aktiveeritud MAPKK4 ja MAPKK7 JNK kahes erinevas kohas ja fosforüülitud JNK seejärel fosforüülib c-Jun N-otsa, et kutsuda esile apoptootiline signaal [11]. Lisaks fosforüülib JNK otseselt apoptootilisi valke, nagu BIM ja BMF, ning aktiveerib need kaspaaside aktiveerimiseks [12]. Üldiselt on JNK-d tugevalt seotud apoptoosi füsioloogiliste protsessidega. On kolm erinevat inimese JNK geeni, nimelt jnk1, jnk2 ja jnk3, mis kodeerivad 10 erinevat JNK variantide splaissi (4 JNK1/2 homosügootset ja 2 JNK3 homoloogilist), millest JNK1 ja JNK2 on kõige laiemalt ekspresseeritud (joonis 1).

Erinevalt JNK1-st ja JNK2-st ekspresseerub JNK3 enamasti ajus ja ainult väike osa ekspresseerub südames ja munandites. JNK3 on peetud neuronite rakusurmaga seotud neurodegeneratiivsete haiguste potentsiaalseks terapeutiliseks sihtmärgiks. Kui JNK3 fosforüülib c-Juni, hõlbustab see ka tau sasipundar küpsemist. Lisaks on teada, et JNK3 fosforüülib tau valke otse, mis viib tau puntrade moodustumiseni.

Teine AD patoloogia biomarker, nimelt amüloid beeta, on samuti seotud JNK3-ga. JNK3 fosforüülib amüloidi prekursorvalku (APP) T688 juures, põhjustades APP endotsütoosi, mis on teadaolevalt kõige olulisem samm kogu amüloid-beeta moodustumise protsessis [13].

A-naastu poolt indutseeritud apoptoosi aluseks olev mehhanism jääb ebaselgeks. A-naastud indutseerivad AMP-aktiveeritud proteiinkinaasi (AMPK) fosforüülimist ja aktiveeritud AMPK fosforüleerib TSC2 ja Raptori S1387 ja S792 juures. See protsess inhibeerib mTOR-rada ja tüüpilist rakupäästesüsteemi ning kutsub esile translatsiooniblokeeringu, mis takistab valgu ekspressiooni [14]. See nähtus kutsub esile laialt levinud oksüdatiivse endoplasmaatilise retikulumi stressi, millega kaasneb voltimata valgu vastus, mis kutsub esile sekundaarsed reaktsioonid, nagu põletikuline reaktsioon, mis taasaktiveerib JNK3. Teine põhjus, miks ennustada, et neuronaalsete rakkude surm väheneb AD-patsientide ajus, kui JNK3 on inhibeeritud, on see, et neuronaalsete rakkude surm ja kognitiivne langus vähenesid ka JNK3 väljalülitatud FAD hiiremudelis [15] (vt joonis 2).

2. JNK inhibiitorite praegune arengustaatus

2.1. Pan-JNK inhibiitorid

SP600125 (joonis 3) on esimene teadaolev pan-JNK inhibiitor, mille IC50 väärtused on JNK3, JNK2 ja JNK1 puhul vastavalt 90, 40 ja 40 nM. See ühend oli esimene uuritud JNK inhibiitor ja JNK rakusisese signaaliraja mõistmine on laienenud. Algselt töötati see välja, kasutades vähirakke apoptootilise rakusurma indikaatoritena, kuid hiljem avaldas see ühend neuroprotektiivne toime MPTP-indutseeritud PD loommudelites. Samuti vähendas see neurofibrillaarset takerdumist ja A-naastud AD loommudelites [16–18]. SP600125 tugevus ja selektiivsus ei viinud ravimi väljatöötamiseni, kuid see on ühend, mis on pannud paljud teadlased pidama JNK-d atraktiivseks ravimi sihtmärgiks.

AS602801 (joonis 3) on suukaudselt aktiivne pan-JNK inhibiitor. JNK3, JNK2 ja JNK1 puhul on IC50 väärtused vastavalt 230, 90 ja 80 nM. See avaldas olulist mõju endometrioosile, kui seda kasutati kombineeritud ravis hormoonidega või monoteraapiana paavianide ja näriliste mudelitel. Kuigi AS602801 ei ole selektiivne inhibiitor, üritati erinevalt SP600125-st raviga AS602801 sihtida immuunsüsteemiga seotud haigusi. See ühend osales II faasi kliinilistes uuringutes 2012. aastal, näidustuseks oli endometrioos [19,20].

Tanzisertiib (joonis 3) on kolmas suukaudselt aktiivne pan-JNK inhibiitor, mille IC50 väärtused on JNK3, JNK2 ja JNK1 puhul vastavalt 6, 7 ja 61 nM. Tanzisertiibi efektiivsus osutus loomkatsetes, kus idiopaatilise kopsufibroosi sihthaigusena kasutati bleomütsiini poolt indutseeritud kopsufibroosi mudelit. Katsed on samuti näidanud, et see vähendab TNF-i tootmist ägeda roti LPS-i poolt indutseeritud TNF-i tootmise PK-PD mudelis. See osales II faasi kliinilistes uuringutes, mille näidustuseks oli idiopaatiline kopsufibroos, kuid uuringud on teadmata põhjustel peatatud [21].

2.2. Selektiivsed JNK inhibiitorid

Ühend 1 (joonis 4) on selektiivne JNK3 inhibiitor, mille aktiivsus on<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].

Ühend 3 (joonis 4) avastati mitmeastmelise struktuuripõhise virtuaalse sõelumise teel. Sellel on 40 nM IC50 JNK3 ja 2500-kordne isovormi selektiivsus võrreldes JNK1 ja JNK2-ga, samuti hea selektiivsusprofiil 398 kinaasi suhtes. Sellel on ka suurem neuroprotektiivne toime A-indutseeritud rakulise toksilisuse vastu SH-SY5Y rakkudes võrreldes LiCl-ga, mis on potentsiaalne terapeutiline aine AD jaoks in vitro. Hiirtega läbiviidud loomkatsed näitasid õppimis- ja mäluvõimete suurenemist ning alusmehhanismide uuringud näitasid, et see ühend võib märkimisväärselt vähendada fibrillaarsete A-naastude difusiooni JNK inhibeerimise kaudu pärast APP ja tau valkude vähenenud fosforüülimist ajukoores ja hipokampuses. [24].

Ühend 4 (joonis 4) on JNK2- ja JNK3- selektiivne inhibiitor, mille IC50 väärtused on JNK3 puhul 16 nM, JNK2 puhul 97 nM ja JNK1 puhul 420 nM. JNK2 isovormi selektiivsust ei saavutatud, kuid ühendil oli kõrge selektiivsus võrreldes teiste MAPK perekondadega ja JNK1 isovormidega. JNK3 inhibiitorina neurodegeneratiivsete haiguste ravis oli sellel ühendil soodne BBB läbilaskvus [25].

3. JNK aktiivse saidi struktuurse perspektiivi analüüs

3.1. JNK1, JNK2 ja JNK3 kristallstruktuuride kattumine

JNK1 ja JNK3 struktuuride võrdlemiseks dokiti ühend 3 JNK3-sse (valgu andmepank (PDB) ID: 4WHZ). Indoliini{5}}üks komponent asub liigendpiirkonnas ja interakteerub Met149 karkassis oleva NH vesiniku ja karbonüülhapnikuga. Tiasool-4-one lämmastik moodustab vesisilla kaudu Lys93-ga vesiniksideme ja 2-klorofenüülrühm on mattunud hüdrofoobsesse taskusse, mis koosneb Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146, ja Leu206, mis asub aktiivse saidi tagaküljel väljaspool väravavahi jääki Met146. Met146 interakteerub aromaatse tsükliga (ühendis 3 2-klorofenüülrühm) JNK3-s.

Kui ühendi 3 dokitud asend JNK3-ga asetati JNK1 (PDB ID: 3PZE, 2XRW, 4QTD, 3ELJ, 4AWI ja 4L7F) kristallstruktuuridele (joonis 5), tundus, et iga Met108 jääk vaadeldavas JNK1 struktuuris võib olla vastuolus selektiivsuse taskus oleva 2-klorofenüülrühmaga, erinevalt JNK3 metioniinist146 [26]. See metioniinikonflikt võib seletada ühendi 3 selektiivsust JNK3 suhtes JNK1 suhtes.

Et teha kindlaks, kuidas väravavahi jääk metioniin108 toimib JNK2 aktiivses kohas, kanti ühendi 3 dokitud poos kolmele avaldatud JNK2 kristallstruktuurile (PDB ID: 3E7O, 7CML ja 3NPC) (joonis 6). Kuigi 3E7O-s olev Met108 on vastuolus selektiivsuse taskus oleva 2-klorofenüülrühmaga, interakteerub 7CML-st ja 3NPC-st pärit Met108 2-klorofenüülrühmaga väävli-pi interaktsioonide kaudu, sarnaselt Met146-ga. JNK3 aktiivne sait [32]. Kas kaks struktuuri, mis moodustavad väävli-pi interaktsiooni, on holoensüümid ilma kaaskristalliseeritud ligandideta või on kaaskristalliseeritud ligandidel juba selektiivsuse taskus aromaatsed tsüklid. Ühendi 4 kristallstruktuuris, millel on isovormi selektiivsus ainult JNK1 suhtes, on naftaleenfragmendil väävel-pi interaktsioon JNK3 Met146 jäägiga ja JNK2 IC50 on 97 nM, mis on mõistlik aktiivsuse tase. Alisertiibi puhul, arvestades alisertiibi kristallstruktuuri JNK3-l (pole näidatud), hõivab trifluorofenüülrühm selektiivsuse tasku ja interakteerub Met146-ga, kuid JNK2 aktiivsus on peaaegu sama kui JNK3-l. Neid tähelepanekuid kombineerides jõudsime järeldusele, et ühend 4 indutseerib JNK2 väravavahi jääki Met108 piisavalt liikuma, et moodustada JNK3 omaga sarnane hüdrofoobne tasku.

Väravavahi jäägi metioniin146 käitumist JNK3 aktiivses kohas täheldati ülalkirjeldatud meetodil (joonis 7). Met146 rühmad JNK3 neljas kristallstruktuuris (PDB ID: 4WHZ, 4W4W, 3OY1, 7KSI) omavad väävel-pi interaktsioone 2-klorofenüülrühmadega, välja arvatud kaks kristallstruktuuri (PDB ID: 6EMH, 6EQ9). ), milles kokristalliseerunud ligandid ei hõivata hüdrofoobset taskut [26–32]. JNK2 struktuuris on metioniinijääkide ühenditest põhjustatud liikumine ja hüdrofoobse tasku teke JNK3 struktuurides sagedamini. See tendents võib selgitada JNK-de isovormi selektiivsust. Ükski Met108 jääk JNK1 vaadeldud kristallstruktuurides ei liigu piisavalt hüdrofoobse tasku moodustamiseks, kuid JNK2 ja JNK3 kristallstruktuurides liiguvad metioniinijäägid piisavalt, et tekitada inhibiitoritega hüdrofoobseid taskuid. Seetõttu saab JNK1 selektiivsust saavutada hüdrofoobse tasku hõivamise kaudu, kuid JNK2 selektiivsus nõuab täiendavat selgitust.

3.2. Erinevad jäägid JNK1 ja JNK3 vahel

JNK3 aktiivset saiti sisaldavate jääkide uurimiseks jälgisime JNK3 jääkide järjestusi 45 kuni 400 ja leidsime, et Leu144 jääk eksisteerib aktiivses kohas selektiivsuse tasku elemendina. Leu144 moodustab hüdrofoobseid interaktsioone JNK3 (PDB ID: 3OY1) kristallstruktuuris oleva ühendi 4 naftaleenitsükliga (joonis 8a). Kui aga JNK1 (PDB ID: 3PZE) kristallstruktuur asetatakse 3OY1 kokristalliseeritud ligandile (joonis 8b), eksisteerib Ile106 Leu144 jäägi asemel samas kohas ja on vastuolus ühendi 4 naftaleenitsükliga. [37]. JNK3 kristallstruktuuri Leu144 ja naftaleenitsükli vaheline kaugus hoitakse 3, 53 Å, kuid JNK1 kristallstruktuurist pärit Ile106 põhjustab halba kontakti naftaleenitsükliga, kuna see on 2, 26 Å kaugusel liiga lähedal. Kuna JNK2-l on ka Leu144 JNK3-ga samas asukohas, võime järeldada, et selektiivsuse tasku hõivamine ei ole JNK1 ja JNK2 selektiivsuse saavutamiseks absoluutne tingimus.

4. Funktsionaalsed rühmad igas ühendis, mis aitavad kaasa isovormi selektiivsusele

Selektiivse inhibiitori ühendi 1 struktuursete näpunäidete määramiseks seondumisrežiimis analüüsisime üksikasjalikult ühendi 1-JNK3 ühiskristallide kompleksi (joonis 9). Met149 liigendpiirkonnas moodustub paar vesiniksidemeid, bensamiidi NH-rühm toimib vesiniksideme doonorina ja pürasoolitsüklis olev 2-lämmastik toimib vesiniksideme aktseptorina. Veel üks vesinikside moodustub uurearühma ja Lys93 vahel läbi veesilla ning 2-klorofenüülrühm asub sügaval hüdrofoobses taskus, moodustades väävel-pi interaktsiooni Met146 väravavahi jäägiga. Orto-asendatud kloriidi kasutuselevõtt näib olevat selektiivsuse seisukohalt oluline, kuna see muudab kahe tsükli nurka konformatsiooni mõttes ja paneb fenüülrühma sobituma selektiivsuse taskusse [22]. Protoneeritud pürrolidiin lahusti kokkupuutealal moodustab vesiniksideme Asn89-ga aktiivse saidi ülemises osas. Ühendil 1 on JNK3 suhtes 210-kordne selektiivsus võrreldes JNK2-ga, mis on palju suurem kui teistel uuritud selektiivsetel JNK3 inhibiitoritel. Pürrolidiini ja Asn89 vaheline vesinikside on selle nähtuse kõige mõistlikum seletus.

Sarnane tähelepanek tehti ka ühendi 2-JNK3 ühiskristallstruktuuri kohta (joonis 10). Ühendil 2 on ka kaks vesiniksidet liigendpiirkonnas Met149-ga, mille moodustavad amiidi NH-rühm ja pürasoolitsükli 2-lämmastik. Täiendav vesinikside leiti uurea fragmendis Lys93-ga läbi veesilla. Karbamiidiga seotud 2-klorofenüülrühmal ilmnes väävel-pi interaktsioon Met146 väravavahi jäägiga selektiivsuse taskus ja ortokloriidi asendus muutis selle interaktsiooni soodsamaks. Kõik need interaktsioonid olid väga sarnased ühendi 1 suhtega JNK3-ga. Ainus erinevus võrreldes ühendi 1 sidumisviisiga oli vesiniksidemete kadumine lahustiga kokkupuute komponendis, mis näib olevat JNK3 aktiivsuse muutumise põhjus (alates<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.

Ühendi 3 seondumisviisi uuriti, et uurida põhjust, miks ühend 3 on JNK2 suhtes 2500-kordne selektiivsus (joonis 11). Ühendi 3 jaoks ei olnud ühiskristallstruktuur saadaval ja me jälgisime sidumisrežiimi dokkimissimulatsioonide abil. Nagu on näidatud joonisel 5, paikneb indoliini-2-üks komponent liigendpiirkonnas, kus on kaks vesiniksidet Met149-ga, üks vesinikside Lys93-ga läbi veesilla ja {{11} hüdrofoobne interaktsioon. }}klorofenüülrühm [24]. Lisaks nendele interaktsioonidele avastasime, et 5-indoliini fluor{15}} interakteerub tihedalt Asn152 ja Gln155 jääkidega (kaugused vastavalt 4,69 Å ja 3,41 Å) F-sideme kaudu. Need interaktsioonid on selged, lähtudes aktiivsuse erinevustest fluori asendusega ja ilma. Lisaks on Asn152 külgahelal dipoolne interaktsioon tiasool-4-on karbonüülrühmaga. Nii F-side kui ka dipooli interaktsioonid võivad seletada ühendi 3 suurt selektiivsust JNK2 suhtes.

Erinevalt ühendi 3 selektiivsusest uurisime ühendi 4 madalat selektiivsust, et tuvastada selle seondumisviis (joonis 12). Sellel on liigendpiirkonnas kaks vesiniksidet ja triasool-3-one karbonüülrühm moodustab erinevalt eelmistest ühenditest Lys93-ga otse vesiniksideme. Naftaleenitsükkel siseneb selektiivsuse taskusse, et moodustada hüdrofoobsed ja väävel-pi interaktsioonid ülalkirjeldatud jääkidega [25]. Kuigi tsükloheksaanirühm oli lahustiga kokkupuute komponendis asendatud, ei täheldatud täiendavaid koostoimeid. Kokkuvõtteks võib öelda, et JNK2 suhtes selektiivsusega ühendid avaldavad lahustiga kokkupuutel tavaliselt täiendavaid interaktsioone kas vesiniksidemete, F-sidemete või dipoolinteraktsioonide kujul.

5. Kokkuvõtted

Neurodegeneratiivsed haigused, nagu AD, on muutumas üha kriitilisemaks sotsiaalseks probleemiks, mis põhinevad kiiresti vananeval maailma elanikkonnal. AD on tohutute rahuldamata ravivajadustega haigus, mis nõuab uusi terapeutilisi molekulaarseid sihtmärke. Uute terapeutiliste sihtmärkide osas uurisime c-Jun N-terminaalset kinaasi 3, mis on neuronaalses apoptootilises protsessis keskne proteiinkinaas. JNK mängib olulist rolli apoptootilises protsessis MAPK raja terminalis ja isovorm JNK3 ekspresseerub peamiselt ajus. Seetõttu peetakse seda neurodegeneratiivsete haiguste sihtmärgiks, mille puhul on võtmesündmuseks neuronaalne apoptoos. Lisaks, kuna JNK3 esineb korduvalt mitmetes AD patoloogilistes radades, pidasime seda paljulubavaks sihtmärgiks selle haiguse ületamiseks.

Seetõttu koostati põhjalik nimekiri praegustest pan-JNK inhibiitoritest ja selektiivsetest JNK3 inhibiitoritest ning uuriti nende seondumisviise. Selektiivsed JNK3 inhibiitorid hõivavad tavaliselt hüdrofoobse piirkonna (Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146 ja Leu206), mida nimetatakse selektiivsuse taskuks, sisestades JNK3 inhibiitorisse aromaatse tsükli, nii et see pääseb sügavale JNK3 aktiivsesse kohta hüdrofoobsesse taskusse. . Selektiivsus JNK1 isovormi suhtes saavutati hüdrofoobsete interaktsioonide ja väävli-pi interaktsioonide võimaldamisega. Kuus JNK1, kolm JNK2 ja kuus JNK3 kristallstruktuuri valiti vastavalt nende eraldusvõimele, et võrrelda väravavahi Met-i jääkide ligandi poolt indutseeritud liikumisi. Igas kuues JNK1 kaaskristallis põrkas metioniin selektiivses JNK3 inhibiitoris aromaatse ringiga ja ükski kaaskristalliseeritud ligandidest ei mahtunud hüdrofoobsesse taskusse. Väravavahi metioniini kokkupõrget aromaatse ringiga täheldati ka JNK2 kaaskristallis, kuid kui kaaskristalliseerunud ligand hõivab hüdrofoobse piirkonna, indutseerib ligand JNK2 metioniini ja võib tekkida tasku.

Kuue täheldatud inhibiitori-JNK3 kaaskristallstruktuuri hulgas oli rohkem juhtumeid, kus ligandid hõivasid seda selektiivsust reguleerivat hüdrofoobset taskut. Neli kokristalliseeritud ligandi hõivasid hüdrofoobse tasku ja kaks ei hõivanud hüdrofoobset taskut. Kuigi sõltuvalt nelja ligandi kujust täheldati erinevat hõivatuse taset, moodustasid kõik metioniinid hüdrofoobse tasku.

Täiendava selgitusena aktiivses kohas sügaval hüdrofoobset taskut sisaldavate jääkide kohta on erinevus JNK3 Leu ja JNK1 Ile vahel. Erinevalt suhteliselt lühikesest Leu-st takistab JNK1 Ile jääk keskmiste kuni suurte aromaatsete tsüklite sisenemist hüdrofoobsesse taskusse.

Kuna leutsiinijääk asub JNK2 ja JNK3 hüdrofoobses taskus, ei mõjuta hüdrofoobse piirkonna aromaatne tsükkel olulist mõju selektiivsusele JNK2 suhtes. Nende tulemuste põhjal on näha, et JNK2 isovormi selektiivsuse saavutamiseks on vaja täiendavaid elemente ja võib mõista, et selle takistuse ületanud pole palju inhibiitoreid.
Seoses selektiivsete JNK3 inhibiitorite struktuuridega, mis on samuti selektiivsed JNK2 suhtes, täheldati, et neil kõigil on lahustiga eksponeeritud fragmendis täiendav seondumine. Selektiivne JNK3 inhibiitor, nimelt ühend 1 (joonis 9), moodustab H-sideme protoneeritud pürrolidiini ja Asn89 vahel ning teine ​​selektiivne JNK3 inhibiitor, nimelt ühend 3, moodustab samuti F-sideme indoliinis asendatud fluori vahel{{11 }}üks rühm ja Asn152/Gln155. Need sidemed on kõik täiendavad interaktsioonid lahustiga kokkupuute piirkonnas. Lisaks oli tiasool-4-one karbonüülrühm ühendis 3 lähedane Asn152 jäägile, mida ennustati dipooli interaktsioonina.

Kui isovormi selektiivsus on saavutatud, on veel palju takistusi ületada. Esiteks, enamiku proteiinkinaasi inhibiitorite sihtmärgiks olevate ATP-d siduvate taskute sarnasuste tõttu tuleks eelistatavalt saavutada üldine selektiivsus muu valgukinoomi kui JNK1/2 suhtes. Teiseks on vaja suurt tugevust, kuna ravimite kontsentratsioon kehas peab konkureerima ATP-ga, mis on rakkudes millimolaarses vahemikus. Kolmandaks on vajalik BBB tungimine ilma suurte kõrvaltoimeteta, mis on kõige raskem väljakutse, kuna AD, haigus, millest me püüame võita, on krooniline haigus ja pikaajaliseks raviks on vaja ravi. Seetõttu muutub nii pika annustamisperioodiga näidustustel lai ohutusprofiil väga oluliseks probleemiks. Kuigi JNK3 inhibiitorite väljatöötamine neurodegeneratiivsete haiguste raviks ei ole veel olnud edukas, on saamas selgeks, et JNK3 on paljulubav terapeutiline sihtmärk.

JNK3 tõmbab AD terapeutilise sihtmärgina üha enam tähelepanu. Neid omadusi tuleks arvesse võtta uute JNK3 inhibiitorite kavandamisel, mis võiksid hõlbustada tugevate ja selektiivsete JNK3 inhibiitorite väljatöötamist AD-i raviks.

Rahastamine:

Seda uurimistööd rahastas Korea Riiklik Uurimisfond, mille stipendiumid NRF-2020R1A6A1A03042854 (proteinopaatiakeskus) ja NRF-2021R1A2C2007159 (J.-M. Hah).

Institutsioonilise ülevaatenõukogu avaldus:

Ei kohaldata.
Teadliku nõusoleku avaldus:

Ei kohaldata.

Huvide konfliktid:

Autoritel ei ole huvide konflikti deklareerida.

Viited

1. Burnett, G.; Kennedy, EP Valkude ensümaatiline fosforüülimine. J. Biol. Chem. 1954, 211, 969–980. [CrossRef]

2. USA toidu- ja ravimiamet. Saadaval veebis: https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/compilationcder-new-molecular-entity-nme-drug-and-new-biologic-approvals (juurdepääs 14. septembril 2021).

3. Ficarro, SB; McClelland, ML; Stukenberg, PT; Burke, DJ; Ross, MM; Shabanowitz, J.; Hunt, DF; Valge, FM fosfoproteoomi analüüs massispektromeetria abil ja selle rakendamine Saccharomyces cerevisiae puhul. Nat. Biotehnoloogia. 2002, 20, 301–305. [CrossRef]

4. Cohen, P. Valgu funktsiooni reguleerimine mitme saidi fosforüülimise teel – 25-aastane uuendus. Trends Biochem. Sci. 2000, 25, 596–601. [CrossRef]

5. Roskoski, RJ FDA poolt heaks kiidetud väikese molekuliga proteiinkinaasi inhibiitorite omadused: 2021. aasta värskendus. Pharmacol. Res. 2021, 165, 105463. [CrossRef]

6. Muller, S.; Tšaikuad, A.; hall, NS; Knapp, S. Selektiivse kinaasi inhibiitori väljatöötamise läbi ja lõhki. Nat. Chem. Biol. 2015, 11, 818–821. [CrossRef]

7. Cohen, P.; Alessi, DR Kinaasi ravimite avastamine – mis selles valdkonnas edasi saab? ACS Chem. Biol. 2013, 8, 96–104. [CrossRef]

8. Väike, DH; Cappai, R. Alois Alzheimer ja Alzheimeri tõbi: sajandi perspektiiv. 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; et al. Alzheimeri tõve ja muude dementsuste ülemaailmne, piirkondlik ja riiklik koormus, 1990–2016: süstemaatiline analüüs ülemaailmse haiguskoormuse uuringu jaoks 2016. Lancet Neurol. 2019, 18, 88–106. [CrossRef]

10. Derijard, B.; Hibi, M.; Wu, IH; Barrett, T.; Su, B.; Deng, T.; Karin, M.; Davis, RJ JNK1: UV-valguse ja Ha-Ras-i poolt stimuleeritud proteiinkinaas, mis seob ja fosforüleerib c-Juni aktiveerimisdomeeni. Cell 1994, 76, 1025–1037. [CrossRef]

11. Johnson, GL; Nakamura, K. c-jun kinaasi/stress-aktiveeritud rada: regulatsioon, funktsioon ja roll inimese haigustes. Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Res. 2007, 1773, 1341–1348. [CrossRef] [PubMed]

12. Okazawa, H.; Estus, S. JNK/c-Juni kaskaad ja Alzheimeri tõbi. Olen. J. Alzheimeri dis. Muu dementsus. 2002, 17, 79–88. [CrossRef]

13. Bruckner, SR; Tammariello, SP; Kuan, CY; Flavell, RA; Rakic, P.; Estus, S. JNK3 aitab kaasa c-Jun aktivatsioonile ja apoptoosile, kuid mitte oksüdatiivsele stressile närvi kasvufaktorist ilma jäänud sümpaatilistes neuronites. 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 raptori fosforüülimine vahendab metaboolset kontrollpunkti. Mol. Cell 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; et al. JNK3 säilitab A-peptiidide poolt põhjustatud metaboolse stressi. Neuron 2012, 75, 824–837. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com