Дизайн інгібіторів протеїнкіназ

Методи комп'ютерного моделювання є невід'ємним знаряддям раціонального дизайну ліків. Надзвичайно перспективними медичними препаратами на сьогодні є інгібітори ензимів протеїнкіназ.

Головною метою групи молекулярного дизайну є розробка інгібіторів протеїнкіназ СK2, ASK1, FGFR1, JNK3, ROCK1, LCK, DAPK1.

У наших дослідженнях для пошуку інгібіторів протеїнкіназ упроваджено систему віртуального скринінгу, що ґрунтується на використанні пакетів програм DOCK 4.0 та AutoDock 4.0.1. Спочатку проводиться рецепторно-орієнтований віртуальний скринінг бібліотеки, яка нараховує близько 500 тисяч низькомолекулярних сполук. Ліганди з найкращими показниками енергії формування комплексів з активним центром протеїнкінази відбираються для тестування in vitro. Для активних сполук досліджуються особливості взаємодії з АТP-зв'язувальним сайтом протеїнкінази з метою покращення їхньої інгібувальної активності та селективності. Розроблена система скринінгу дала змогу отримати ефективні інгібітори протеїнкіназ CK2 та ASK1.

• Отримані результати

Нещодавно було знайдено кілька нових класів високоактивних АТP-конкурентних інгібіторів СК2 людини. Два з цих класів було захищено патентами.

- 3-карбокси-4(1Н)-хінолони:

Цей клас інгібіторів був відібраний у процесі рецепторно-орієнтованого віртуального скринінгу бібліотеки сполук компанії OTAVA.

Виявлено, що сполуки з найвищою активністю 5,6,8-трихлоро-4-оксо-1,4-дигідрохінолін-3-карбоксильна кислота (7) (IC₅₀=0,3 µM) та 4-оксо-1,4-дигідробензо[H]хінолін-3-карбоксильна кислота (9) (IC₅₀=1 µM) є АТP-конкурентними інгібіторами зі значенням K_і 0,06 і 0,28 µM відповідно. Перевірка активності цих речовин на семи протеїнкіназах продемонструвала значну селективність стосовно СК2. Згідно з результатами теоретичних підрахунків та експериментальними даними було розроблено структурну модель, що описувала основні особливості взаємодії 3-карбокси-4(1Н)-хінолонів з активним сайтом СК2.

3-карбокси-4-(1Н)-хінолони 7 і 9 – інгібітори протеїнкінази СК2 людини

Протеїнкіназа	Інгібітор 7	Інгібітор 9
CK2 JNK3 ROCK-I p56 LCK DYRK1a MSK1 GSK3 CDK5	11 74 85 87 35 71 >50 >50	25 81 78 80 85 89 >50 >50

Спектр специфічності інгібіторів 7 і 9. Залишкову активність, визначена за присутності 10 µM інгібітора, виражена як відсоток від контролю за відсутності інгібітора. Кінцева концентрація АТP в експерименті становила 100 µM.

Модель зв'язування 3-карбокси-4-(1Н)-хінолонів 7(А) і 9(В) передбачена методами гнучкого докінгу і молекулярної динаміки.

Посилання: Golub A.G., Yakovenko O.Y., Bdzhola V.G., Sapelkin V.M., Zien P., Yarmoluk S.M. Evaluation of 3-carboxy-4(1H)-quinolones as inhibitors of human protein kinase CK2 // J. Med. Chem. – 2006. – 49 (22). – P. 6443-50.

Pat. UА68984 А, C07D215/00, 2004-08-16. Application of 4-substituted 3-carboxyquinolines as protein kinase CK2 inhibitors. Sapelkin V.M., Lukashov S.S., Golub A.G., Bdzhola V.G., Yakovenko O.Ya., Yarmoluk S.M., Dubinina G.G.

- 4,5,6,7-тетрагалогено-1Н-ізоіндол-1,3(2Н)-діони

4,5,6,7-тетрагалогено-1Н-ізоіндол-1,3(2Н)-діони є новим перспективним класом інгібіторів СК2. Найбільш активні сполуки – 2-(4,5,6,7-тетрайодо-1,3-диоксо-1,3-дигідро-2Н-ізоіндол-2-іл)пропанова кислота і 2-(4,5,6,7-тетрайодо-1,3-диоксо-1,3-дигідро-2Н-ізоіндол-2-іл)ацетат – інгібують протеїнкіназу СК2 зі значенням IC₅₀ 0,15 і 0,3 µM відповідно. Виявлено, що ці інгібітори є АТР-конкурентними і незначним чином пригнічують активність протеїнкіназ DYRK1a, MSK1, GSK3 і CDK5, що свідчить про високу селективність по відношенню до СК2. Для найбільш активних інгібіторів запропоновано моделі зв'язування з активним центром ензиму.

Структури і значення IC₅₀ ТІD 43, 45, 46, 48, 58, 59

Протеїнкіназа	TID43	TID46	TID48	TID58
CK2 DYRK1a MSK1 GSK3 CDK5	11 80 64 >50 >50	7 83 70 >50 >50	15 60 78 >50 >50	18 70 76 >50 >50

Спектр специфічності ТІD 43, 46, 48 і 58. Залишкова активність, визначена за присутності 10 µM інгібітора, виражена у відсотках від контролю за відсутності інгібітора. Фінальна концентрація АТР в експерименті cтановила 100 µM.

ТІD46-СК2 комплекс одержаний методом молекулярного докінгу. (А) Загальний вигляд. (В) Детальний вигляд. Міжмолекулярні водневі зв'язки показано пунктирними лініями, зазначено їх довжини в ангстремах. Ключові гідрофобні взаємодії позначено стрілками.

Посилання: Golub A.G., Yakovenko O.Y., Prykhod'ko A.O., Lukashov S.S., Bdzhola V.G., Yarmoluk S.M. Evaluation of 4,5,6,7-tetrahalogeno-1H-isoindole-1,3(2H)-diones as inhibitors of human protein kinase CK2 // Biochim. Biophys. Acta. – 2008. – 1784 (1). – P. 143-9.

Pat. UA69165 А, С07D215/00, 2004-08-16. Application of 4,5,6,7-tetrahalogeno-1,3-isoindolinediones as protein kinase CK2 inhibitors. Golub A.G., Yakovenko O.Ya., Yarmoluk S.M., Dubinina G.G., Bdzhola V.G., Prykhod'ko A.O.

- тієнопіримідини

Найбільш активна сполука 3-{[5-(4-метилфеніл)тієно[2,3-де]піримідин-4-іл]тіо} пропанова кислота інгібує протеїнкіназу СК2 зі значенням IC₅₀ 0,1 µM. Перевірка активності цієї речовини на семи протеїнкіназах людини продемонструвала значну селективність стосовно СК2. Залежність «хімічна структура – біологічна активність» досліджено для 28 похідних тієнопіримідинів. Для сполук цього класу запропоновано модель зв'язування з активним центром ензиму.

Комплекс СК2 з інгібітором, одержаний методом молекулярного докінгу. Міжмолекулярні водневі зв'язки показано пунктирними лініями.

Посилання: Golub A.G., Bdzhola V.G., Briukhovetska N.V., Balanda A.O., Kukharenko O.P., Kotey I.M., Ostrynska O.V., Yarmoluk S.M. Synthesis and biological evaluation of substituted (thieno[2,3-d]pyrimidin-4-ylthio)carboxylic acids as inhibitors of human protein kinase CK2 // Eur. J. Med. Chem. – 2011 Mar; 46(3): 870-6.


Знайдено два нові класи АТP-конкурентних інгібіторів протеїнкінази ASK1 людини:

- 3Н-нафто[1,2,3-де]хінолін-2,7-діони

In vitro експерименти продемонстрували, що сполука етил 2,7-діоксо-2,7-дигідро-3Н-нафто[1,2,3-де]хінолін-1-карбоксилат (NQDI-1) пригнічувала активність протеїнкінази ASK1 зі значенням K_і 500 nM. Результати кінетичних експериментів свідчать про конкурентний характер інгібування. Перевірка активності цієї сполуки на семи протеїнкіназах людини продемонструвала значну селективність стосовно ASK1. Залежність «хімічна структура – біологічна активність» була досліджена для 15 похідних 3Н-нафто[1,2,3-де]хінолін-2,7-діонів. Для сполук цього класу запропонована модель зв’язування з активним центром ензиму.

ASK1	Aurora A	ROCK	HGFR	FGFR1	Tie2	JNK3	CK2
12,5	79	100	62	44	84	100	78

Залишкова активність протеїнкіназ (%) у разі додавання
в середовище інкубації інгібітора NQDI-1 в концентрації 25 мкM

Комплекс ASK1 з інгібітором NQDI-1, отриманий методом молекулярного докінгу. Міжмолекулярні водневі зв’язки представлені пунктирними лініями.

Посилання: Volynets G.P., Chekanov O.M., Synyugin A.R., Golub A.G., Kukharenko O.P., Bdzhola V.G., Yarmoluk S.M. Identification of 3H-naphtho[1,2,3-de]quinoline-2,7-diones as inhibitors of apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1) http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jm200117h

- 2-тіоксо-тіазолідини

Ідентифіковано сім активних похідних 2-тіоксо-тіазолідин-4-ону. Найбільш активною сполукою виявився 5-бромо-3-(4-оксо-2-тіазолідин-5-іліден)-1,3-дигідро-індол-2-он (ІС₅₀=2 µМ). Для активних сполук цього класу запропоновано спосіб зв'язування із АТP-акцепторним сайтом ASK1.

Комплекс ASK1 з інгібітором, отриманий методом молекулярного докінгу. Міжмолекулярний водневий зв'язок позначено пунктирною лінією.

Посилання: Volynets G.P., Bdzhola V.G., Kukharenko O.P., Yarmoluk S.M. Identification of ASK1 small-molecule inhibitors // Ukr. Biochim. J. – 2010. – 82 (5). – P. 26-34.

 

© ВІДДІЛ КОМБІНАТОРНОЇ ХІМІЇ