Perspektiva razvoja C-Jun N-terminalnih inhibitora kinaze kao terapeutika za Alchajmerovu bolest: Istraživanje strukture kroz studije dokinga

sažetak:

c-Jun N-terminalna kinaza (JNK) igra važnu ulogu u ćelijskoj smrti uzrokovanoj različitim stimulansima. Budući da se izoforma JNK3 uglavnom eksprimira u mozgu, vjeruje se da igra ključnu ulogu u raznim neurodegenerativnim bolestima, uključujući Alchajmerovu bolest (AD) i Parkinsonovu bolest (PD), kojima još uvijek nedostaju vjerodostojni terapeutici. Da bismo razvili novi i selektivni JNK3 inhibitor, sproveli smo decenijski pregled (2011. do 2021.) objavljenih članaka o JNK inhibitorima, posebno onih koji se fokusiraju na strukturnu perspektivu i uvide u pristajanje. Posmatrali smo strukture tri izoforme JNK, odnosno holo-proteina i kokristalnih struktura, sa JNK3 inhibitorima i sumirali značajne strukturne aspekte selektivnih JNK3 inhibitora kao AD terapeutika.

Parkinsonova bolest je uobičajena degenerativna bolest nervnog sistema, a njeni glavni simptomi uključuju drhtanje, ukočenost, usporeno kretanje, poremećaj ravnoteže, itd. Međutim, problemi sa memorijskom funkcijom povezanim sa simptomima Parkinsonove bolesti posvećuju se sve više pažnje.

Istraživanja su pokazala da je pamćenje pacijenata sa Parkinsonovom bolešću značajno narušeno pri obavljanju kognitivnih zadataka, a neki od njih pokazuju i oštećenje kognitivnih funkcija poput gubitka pažnje i smanjene kognitivne osjetljivosti. Međutim, to ne znači da ljudi sa Parkinsonovom bolešću ne mogu imati dobro pamćenje.

Osobe s Parkinsonovom bolešću mogu poboljšati svoje vještine pamćenja kroz stalnu praksu i trening, posebno izvođenjem nekih treninga pamćenja i vježbi. Ove vježbe mogu pomoći osobama s Parkinsonovom bolešću da poboljšaju svoje kognitivne sposobnosti, razviju pozitivnije samopouzdanje, poboljšaju kvalitet života i samopouzdanje.

Među njima, neke jednostavne vježbe pamćenja, uključujući puno čitanja, pisanja, matematičkih proračuna, crtanja i drugih aktivnosti, mogu učinkovito poboljšati kognitivne sposobnosti pacijenata s Parkinsonovom bolešću i učiniti ih da se suoče sa životom pozitivnije i samopouzdanije. Osim toga, neki trening memorije uključujući memoriju lokacije, memoriju brojeva, memoriju slova, memoriju sekvence događaja, itd. je također vrlo efikasan. Ovi treninzi omogućavaju osobama sa Parkinsonovom bolešću da se bolje suoče i nose sa različitim problemima, te se bolje prilagode novoj životnoj situaciji.

Sve u svemu, iako Parkinsonova bolest može utjecati na pažnju i sposobnost pamćenja pacijenata, odgovarajući kognitivni trening i vježbanje mogu pomoći pacijentima da poboljšaju svoje kognitivne funkcije i da im pomognu da se bolje prilagode svom novom životnom statusu. Stoga se pacijenti sa Parkinsonovom bolešću ne moraju bojati problema s pamćenjem, sve dok se sa životom suočavaju s pozitivnim i pozitivnim stavom, sigurno će imati sretan i aktivan život. Vidi se da moramo poboljšati svoje pamćenje. Cistanche može značajno poboljšati pamćenje jer je mesna pasta tradicionalni kineski medicinski materijal s brojnim jedinstvenim efektima, od kojih je jedno poboljšanje pamćenja. Djelotvornost mljevenog mesa dolazi od različitih aktivnih sastojaka, uključujući karboksilnu kiselinu, polisaharide, flavonoide, itd. Ovi sastojci mogu promovirati zdravlje mozga kroz različite kanale.

Kliknite znati načine za poboljšanje funkcije mozga

Ključne riječi:

Alchajmerova bolest; c-Jun N-terminalna kinaza; inhibitor protein kinaze male molekule; JNK3; selektivnost.

1. Uvod

Protein kinaze su otkrivene prije više od 65 godina, ali su terapijske mete manje od 30 godina [1,2]. Učešće protein kinaza u mnogim bolestima utvrđeno je na osnovu velikog broja studija, a takve kinaze su dugo bile obećavajuća molekularna ciljna grupa. Postoji 518 poznatih protein kinaza kodiranih u ljudskom genomu, a protein kinaze fosforilišu otprilike jednu trećinu svih proteina [3,4]. Mnogi istraživači u farmaceutskim kompanijama i akademskim krugovima su naporno radili u ovoj oblasti, i kao rezultat toga, 67 lijekova za inhibitore kinaze malih molekula odobreno je od strane američke FDA od 2021. [5].

Gleevec, dobro uspostavljen tretman za hroničnu mijeloičnu leukemiju, lansiran je 2001. godine nakon što ga je razvio Novartis, čime je započeo eru inhibitora protein kinaze. Ovaj tretman još uvijek proširuje svoju primjenu. Nakon toga, devet inhibitora protein kinaze male molekule odobreno je od strane američke FDA 2011. godine, a oni su isključivo ciljali na proliferativne bolesti kao što je rak. Slično, većina inhibitora protein kinaze odobrenih do sada se koristi u onkologiji. Međutim, protein kinaze su također uključene u mnoge druge bolesti, uključujući upalne, imunološke i kardiovaskularne bolesti, kao i poremećaje centralnog nervnog sistema (CNS) kao što su Alchajmerova bolest (AD) i Parkinsonova bolest (PD) [6]. Godine 2011. ruksolitinib, koji je inhibitor JAK1 i JAK2, odobren je kao terapeutsko sredstvo za mijelofibrozu. Zajedno sa ovim odobrenjem, istraživanja u oblasti neonkoloških inhibitora kinaze postala su sve aktivnija [7]. Postoji čak 10 lijekova koji ciljaju na bolesti izvan onkologije među 67 inhibitora protein kinaze koje je odobrila FDA, ali još uvijek ne postoji lijek inhibitor protein kinaze za poremećaje CNS-a.

AD je otkriven 1906. godine, a obdukcijom su uočena dva jasna biomarkera, naime tau tangle i amiloid beta (A) plak, ali od 2021. jasan terapeutski cilj još nije identificiran. Sa brzim starenjem globalne populacije, neurodegenerativne bolesti poput AD postale su veliki društveni problem i imaju značajan utjecaj ne samo na pacijente već i na druge pojedince oko pacijenata [8,9]. Budući da se inhibitori protein kinaze male molekule koriste za širok spektar bolesti, molekularni ciljevi su privukli značajnu pažnju u području poremećaja CNS-a. Od mnogih potencijalnih CNS protein kinaza, odabrali smo c-Jun N-terminalnu kinazu (JNK), član porodice protein kinaza aktiviranih mitogenom. JNK fosforiliraju više transkripcionih faktora povezanih s apoptozom, uključujući c-Jun, ATF, APP i tau, i indukuju ćelijsku apoptozu [10].

JNK reaguju na različite stimuluse kao što su citokini, neurotoksini, oksidativni stres i masne kiseline. Kada stimulans prvi put stigne do ćelijske membrane, signali se fosforilacijom prenose na protein kinazu aktiviranu mitogenom (MAPKKK), MAPKK4 i MAPKK7. Zatim, aktivirani MAPKK4 i MAPKK7 fosforilišu JNK na dva različita mjesta, a fosforilirani JNK zatim fosforilira N-terminal c-Jun da izazove apoptotički signal [11]. Dodatno, JNK direktno fosforiliše apoptotičke proteine ​​kao što su BIM i BMF i aktivira ih da aktiviraju kaspaze [12]. Sve u svemu, JNK su jako uključene u fiziološke procese apoptoze. Postoje tri različita ljudska JNK gena, naime jnk1, jnk2 i jnk3 koji kodiraju 10 različitih spojeva JNK varijanti (4 JNK1/2 homozigotna i 2 JNK3 homologna), od kojih su JNK1 i JNK2 najšire izražene (Slika 1).

Za razliku od JNK1 i JNK2, JNK3 se uglavnom ekspresuje u mozgu, a samo mali deo je izražen u srcu i testisima. JNK3 se smatra potencijalnom terapijskom metom za neurodegenerativne bolesti povezane sa smrću neuronskih ćelija. Kada je c-Jun fosforiliran od strane JNK3, on takođe olakšava sazrevanje tau tangle. Osim toga, poznato je da JNK3 direktno fosforilira tau proteine, što dovodi do stvaranja tau čvorova.

Drugi biomarker patologije AD, naime amiloid beta, takođe je povezan sa JNK3. JNK3 fosforiliše amiloidni prekursorski protein (APP) na T688, uzrokujući endocitozu APP, za koju se zna da je najvažniji korak u cjelokupnom procesu formiranja amiloid-beta [13].

Mehanizam koji leži u osnovi apoptoze izazvane plakom ostaje nejasan. Plakovi indukuju fosforilaciju AMP-aktivirane protein kinaze (AMPK), a aktivirani AMPK fosforiliše TSC2 i Raptor na S1387 i S792. Ovaj proces inhibira mTOR put i reprezentativni sistem spašavanja ćelija i indukuje translacioni blok koji sprečava ekspresiju proteina [14]. Ovaj fenomen izaziva široko rasprostranjeni oksidativni stres endoplazmatskog retikuluma, koji je praćen nesavijenim proteinskim odgovorom koji inducira sekundarne reakcije kao što je upalni odgovor, koji reaktivira JNK3. Drugi razlog za predviđanje da će se smrt neuronskih ćelija smanjiti u mozgu pacijenata sa AD kada je JNK3 inhibiran je da su smrt neuronskih ćelija i pad kognitivnih sposobnosti takođe smanjeni u modelu FAD miša koji je nokautirao JNK3 [15] (vidi sliku 2).

2. Trenutni razvojni status JNK inhibitora

2.1. Pan-JNK inhibitori

SP600125 (Slika 3) je prvi poznati pan-JNK inhibitor sa IC50 vrijednostima od 90, 40 i 40 nM za JNK3, JNK2 i JNK1, respektivno. Ovo jedinjenje je bilo prvi proučavan inhibitor JNK, a razumevanje intracelularnog signalnog puta JNK je prošireno. U početku je razvijen korišćenjem ćelija raka kao indikatora apoptotske ćelijske smrti, ali je kasnije ovo jedinjenje pokazalo neuroprotektivni efekat u MPTP-indukovanim PD životinjskim modelima. Takođe je smanjio neurofibrilarno preplitanje i A plakove u AD životinjskim modelima [16-18]. Snaga i selektivnost SP600125 nije dovela do razvoja lijeka, ali je to jedinjenje koje je navelo mnoge naučnike da JNK smatraju atraktivnom metom lijeka.

AS602801 (Slika 3) je oralno aktivni pan-JNK inhibitor. IC50 vrijednosti od 230, 90 i 80 nM prikazane su za JNK3, JNK2 i JNK1, respektivno. Pokazao je značajan učinak na endometriozu kada se koristio u kombinaciji s hormonima ili kao monoterapija na modelima pavijana i glodara. Iako AS602801 nije selektivni inhibitor, postojao je pokušaj ciljanja bolesti povezanih s imunitetom tretmanom AS602801, za razliku od SP600125. Ovo jedinjenje je ušlo u klinička ispitivanja faze II 2012. godine sa endometriozom kao indikacijom [19,20].

Tanzisertib (Slika 3) je treći oralno aktivni pan-JNK inhibitor, sa IC50 vrijednostima od 6, 7 i 61 nM za JNK3, JNK2 i JNK1, respektivno. Tanzisertib se pokazao efikasnim u eksperimentima na životinjama koristeći model plućne fibroze izazvane bleomicinom kao ciljnu bolest za idiopatsku plućnu fibrozu. Eksperimenti su takođe pokazali da smanjuje proizvodnju TNF-a u akutnom modelu PK-PD proizvodnje TNF-a kod pacova izazvanog LPS-om. Ušao je u klinička ispitivanja faze II s idiopatskom plućnom fibrozom kao indikacijom, ali su ispitivanja obustavljena iz nepoznatih razloga [21].

2.2. Selektivni JNK inhibitori

Jedinjenje 1 (Slika 4) je selektivni inhibitor JNK3 sa nivoima aktivnosti od<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].

Jedinjenje 3 (Slika 4) otkriveno je kroz višestepeni virtuelni skrining zasnovan na strukturi. Pokazuje 40 nM IC50 za JNK3 i 2500-prestruku selektivnost izoforme u odnosu na JNK1 i JNK2, kao i dobar profil selektivnosti za 398 kinaza. Takođe pokazuje veću neuroprotektivnu aktivnost protiv A-indukovane ćelijske toksičnosti u SH-SY5Y ćelijama u poređenju sa LiCl, koji je potencijalno terapeutsko sredstvo za AD in vitro. Studije na životinjama na miševima otkrile su povećane sposobnosti učenja i pamćenja, a studije osnovnih mehanizama otkrile su da ovaj spoj može značajno smanjiti difuziju fibrilarnih A plakova kroz inhibiciju JNK nakon smanjene fosforilacije APP i tau proteina u korteksu i hipokampusu. [24].

Jedinjenje 4 (slika 4) je JNK2- i JNK{3}}selektivni inhibitor sa IC50 vrijednostima od 16 nM za JNK3, 97 nM za JNK2 i 420 nM za JNK1. Selektivnost izoforme JNK2 nije postignuta, ali je jedinjenje pokazalo visoku selektivnost u odnosu na druge porodice MAPK i JNK1 izoforme. Kao JNK3 inhibitor u terapiji neurodegenerativnih bolesti, ovo jedinjenje je pokazalo povoljnu BBB permeabilnost [25].

3. Strukturalna perspektivna analiza aktivne lokacije JNK

3.1. Superponiranje kristalnih struktura JNK1, JNK2 i JNK3

Da bi se uporedile strukture JNK1 i JNK3, jedinjenje 3 je usidreno u JNK3 (Protein Data Bank (PDB) ID: 4WHZ). Jedna komponenta indolina-2- nalazi se u zglobnoj regiji i stupa u interakciju sa vodonikom NH i karbonil kiseonikom u kičmi Met149. Azot tiazol-4-one formira vodoničnu vezu sa Lys93 kroz vodeni most, a 2-hloro-fenil grupa je zakopana u hidrofobnom džepu koji se sastoji od Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146, i Leu206, koji se nalazi na stražnjoj strani aktivnog mjesta iza ostatka vratara Met146. Met146 stupa u interakciju sa aromatičnim prstenom (u jedinjenju 3, 2-hloro-fenil grupa) u JNK3.

Kada je spojena poza spoja 3 sa JNK3 postavljena na kristalne strukture JNK1 (PDB ID: 3PZE, 2XRW, 4QTD, 3ELJ, 4AWI i 4L7F) (slika 5), ​​činilo se da je svaki ostatak Met108 u posmatranim strukturama JNK1 može biti u sukobu sa 2-hloro-fenil grupom koja zauzima džep selektivnosti, za razliku od metionina146 JNK3 [26]. Ovaj sukob metionina mogao bi objasniti selektivnost jedinjenja 3 za JNK3 u odnosu na JNK1.

Da bi se utvrdilo kako metionin 108 čuvara kapije djeluje u aktivnom mjestu JNK2, usidrena poza spoja 3 je postavljena na tri objavljene kristalne strukture JNK2 (PDB ID: 3E7O, 7CML i 3NPC) (Slika 6). Iako je Met108 u 3E7O u sukobu sa 2-kloro-fenil grupom koja zauzima džep selektivnosti, Met108 iz 7CML i 3NPC stupa u interakciju sa 2-kloro-fenil grupom kroz interakcije sumpor-pi, slično Met146 u aktivno mjesto JNK3 [32]. Ili su dvije strukture koje formiraju sumpor-pi interakcije holoenzimi bez kokristaliziranih liganada, ili kokristalizirani ligandi već imaju aromatične prstenove koji zauzimaju džep selektivnosti. U kristalnoj strukturi jedinjenja 4, koje ima selektivnost izoforme samo za JNK1, naftalenski deo ima interakciju sumpora-pi sa Met146 ostatkom JNK3 i IC50 JNK2 je 97 nM, što je razuman nivo aktivnosti. U slučaju alisertiba, s obzirom na kristalnu strukturu alisertiba na JNK3 (nije prikazano), tri fluorofenil grupa zauzima džep selektivnosti i stupa u interakciju sa Met146, ali aktivnost JNK2 je skoro ista kao i JNK3. Kombinacijom ovih zapažanja, zaključili smo da jedinjenje 4 inducira ostatak Met108 iz JNK2 da se dovoljno pomjeri da formira hidrofobni džep sličan onom kod JNK3.

Ponašanje gatekeeper ostatka metionina146 u aktivnom mjestu JNK3 je uočeno korištenjem iste metode opisane gore (slika 7). Met146 grupe u četiri kristalne strukture JNK3 (PDB ID: 4WHZ, 4W4W, 3OY1, 7KSI) pokazuju interakcije sumpor-pi sa 2-hloro-fenil grupama, isključujući dvije kristalne strukture (PDB ID: 6EMH, 6EQ9 ) u kojem kokristalizirani ligandi ne zauzimaju hidrofobni džep [26–32]. Pomeranje ostataka metionina u JNK2 strukturi izazvano jedinjenjem i formiranje hidrofobnog džepa su češći u JNK3 strukturama. Ova tendencija bi mogla objasniti selektivnost izoforme JNK. Nijedan od ostataka Met108 u posmatranim kristalnim strukturama JNK1 se ne pomera dovoljno da formira hidrofobni džep, ali u kristalnim strukturama JNK2 i JNK3, ostaci metionina se pomeraju dovoljno da stvore hidrofobne džepove sa inhibitorima. Stoga se selektivnost za JNK1 može postići kroz hidrofobnu zauzetost džepova, ali selektivnost JNK2 zahtijeva dodatno objašnjenje.

3.2. Različiti ostaci između JNK1 i JNK3

Da bismo istražili ostatke koji sadrže aktivno mjesto JNK3, promatrali smo sekvence ostataka 45 do 400 JNK3 i otkrili da Leu144 ostatak postoji u aktivnom mjestu kao element u džepu selektivnosti. Leu144 formira hidrofobne interakcije sa naftalenskim prstenom jedinjenja 4 u kristalnoj strukturi JNK3 (PDB ID: 3OY1) (Slika 8a). Međutim, kada je kristalna struktura JNK1 (PDB ID: 3PZE) superponirana na kokristalizirani ligand 3OY1 (slika 8b), Ile106 postoji umjesto ostatka Leu144 na istoj lokaciji i sukobljava se s naftalenskim prstenom spoja 4. [37]. Udaljenost između Leu144 u kristalnoj strukturi JNK3 i naftalenskog prstena održava se na 3,53 Å, ali Ile106 iz kristalne strukture JNK1 uzrokuje loš kontakt sa naftalenskim prstenom jer je preblizak na udaljenosti od 2,26 Å. Pošto JNK2 takođe ima Leu144 na istoj lokaciji kao JNK3, možemo zaključiti da zauzimanje džepa selektivnosti nije apsolutni uslov za postizanje selektivnosti za JNK1 i JNK2.

4. Funkcionalne grupe u svakom spoju koje doprinose selektivnosti izoforme

Da bismo odredili strukturne naznake za jedinjenje selektivnog inhibitora 1 u načinu vezivanja, detaljno smo analizirali kompleks kokristalnog jedinjenja 1-JNK3 (slika 9). Par vodoničnih veza formira se u zglobnom području Met149, NH grupa benzamida djeluje kao donor vodonične veze, a 2-azot u pirazolnom prstenu djeluje kao akceptor vodonične veze. Druga vodonična veza se formira između urea grupe i Lys93 kroz vodeni most, a 2-hloro-fenil grupa se nalazi duboko u hidrofobnom džepu, formirajući sumpor-pi interakciju sa Met146 ostatkom čuvara vrata. Čini se da je uvođenje orto-supstituiranog klorida važno u smislu selektivnosti jer mijenja ugao dva prstena u smislu konformacije i uzrokuje da se fenilna grupa uklapa u džep selektivnosti [22]. Protonirani pirolidin u području izloženosti rastvaraču formira vodoničnu vezu sa Asn89 u gornjem dijelu aktivnog mjesta. Jedinjenje 1 pokazuje 210-višestruku selektivnost za JNK3 u odnosu na JNK2, koja je mnogo veća od one kod drugih ispitivanih selektivnih inhibitora JNK3. Vodikova veza između pirolidina i Asn89 je najrazumnije objašnjenje za ovaj fenomen.

Slično zapažanje je napravljeno za jedinjenje 2-JNK3 ko-kristalnu strukturu (slika 10). Jedinjenje 2 također ima dvije vodonične veze sa Met149 u zglobnoj regiji, formirane od NH grupe iz amida i 2-azota pirazolnog prstena. Dodatna vodikova veza je pronađena u dijelu uree sa Lys93 kroz vodeni most. 2-hloro fenil grupa povezana sa ureom pokazala je interakciju sumpor-pi sa ostatkom Met146 gatekeeper-a unutar džepa selektivnosti, a orto hloridna supstitucija je učinila ovu interakciju povoljnijom. Sve ove interakcije bile su vrlo slične odnosu jedinjenja 1 sa JNK3. Jedina razlika u odnosu na način vezivanja jedinjenja 1 bio je gubitak vodoničnih veza u komponenti izloženosti rastvaraču, što se čini razlogom za promjenu aktivnosti JNK3 (od<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.

Način vezivanja jedinjenja 3 je ispitan da bi se istražio razlog za jedinjenje 3 koje pokazuje 2500- puta više selektivnost u odnosu na JNK2 (Slika 11). Kokristalna struktura nije bila dostupna za jedinjenje 3, a mi smo pratili način vezivanja kroz simulacije spajanja. Kao što je prikazano na slici 5, indolin-2-jedna komponenta se nalazi u području šarke, gdje postoje dvije vodonične veze sa Met149, jedna vodonična veza sa Lys93 kroz vodeni most i hidrofobna interakcija {{11 }}kloro-fenil grupa [24]. Pored ovih interakcija, otkrili smo da 5-fluor indolina-2-one blisko interaguje sa Asn152 i Gln155 ostacima (udaljenosti od 4,69 Å i 3,41 Å, respektivno) putem F-veze. Ove interakcije su jasne na osnovu razlika u aktivnosti sa i bez supstitucije fluora. Pored toga, bočni lanac Asn152 pokazuje dipolnu interakciju sa karbonilnom grupom tiazol-4-ona. I F-veza i dipolne interakcije mogle bi objasniti visoku selektivnost jedinjenja 3 za JNK2.

Za razliku od selektivnosti jedinjenja 3, ispitali smo nisku selektivnost jedinjenja 4 da bismo identifikovali način njegovog vezivanja (Slika 12). Ima dvije vodonične veze u zglobnoj regiji, a karbonilna grupa triazol-3-jedne direktno formira vodoničnu vezu sa Lys93, za razliku od prethodnih jedinjenja. Naftalenski prsten ulazi u džep selektivnosti da bi formirao hidrofobne i sumpor-pi interakcije sa gore opisanim ostacima [25]. Iako je cikloheksanska grupa bila supstituirana u komponenti izloženosti rastvaraču, nisu uočene dodatne interakcije. Zaključno, jedinjenja sa selektivnošću za JNK2 obično pokazuju dodatne interakcije u obliku vodoničnih veza, F veza ili dipolnih interakcija u izlaganju rastvaraču.

5. Zaključci

Neurodegenerativne bolesti kao što je AD postaju sve kritičniji društveni problemi zbog brzog starenja globalne populacije. AD je bolest s ogromnim neispunjenim terapijskim potrebama koje zahtijevaju nove terapeutske molekularne ciljeve. Što se tiče novih terapijskih ciljeva, istražili smo c-Jun N-terminalnu kinazu 3, koja je ključna protein kinaza u neuronskom apoptotičkom procesu. JNK igra važnu ulogu u apoptotičkom procesu na kraju MAPK puta, a izoforma JNK3 se uglavnom eksprimira u mozgu. Stoga se smatra metom za neurodegenerativne bolesti, u kojima je neuronska apoptoza ključni događaj. Dodatno, pošto se JNK3 više puta pojavljuje u nekoliko patoloških puteva AD, smatrali smo ga obećavajućim ciljem za prevazilaženje ove bolesti.

Stoga je sastavljena sveobuhvatna lista postojećih pan-JNK inhibitora i selektivnih JNK3 inhibitora i ispitani su načini njihovog vezivanja. Selektivni JNK3 inhibitori obično zauzimaju hidrofobnu regiju (Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146 i Leu206) koja se naziva džep selektivnosti uvođenjem aromatičnog prstena u JNK3 inhibitor tako da može ući u hidrofobni džep JNK3 duboko u aktivnom mjestu . Selektivnost za izoformu JNK1 je postignuta omogućavanjem hidrofobnih interakcija i sumpor-pi interakcija. Šest JNK1, tri JNK2 i šest JNK3 kristalnih struktura odabrano je u skladu sa njihovim rezolucijama da bi se uporedila kretanja indukovana ligandom Met ostataka. U svakom od šest kokristala JNK1, metionin se sudario sa aromatičnim prstenom u selektivnom JNK3 inhibitoru, i nijedan od kokristalizovanih liganada nije mogao da stane u hidrofobni džep. Sudar metionina čuvara kapije sa aromatičnim prstenom je također uočen u kokristalu JNK2, ali ako kokristalizirani ligand zauzima hidrofobno područje, onda je metionin JNK2 induciran ligandom i može se formirati džep.

Među šest uočenih inhibitornih-JNK3 kokristalnih struktura, bilo je više slučajeva sa ligandima koji zauzimaju hidrofobni džep koji upravlja ovom selektivnošću. Četiri kokristalizirana liganda zauzimala su hidrofobni džep, a dva nisu zauzimala hidrofobni džep. Iako su uočeni različiti nivoi popunjenosti u zavisnosti od oblika četiri liganda, svi metionini su formirali hidrofobni džep.

Kao dodatno objašnjenje za ostatke koji čine hidrofobni džep duboko u aktivnom mestu, postoji razlika između Leu JNK3 i Ilea JNK1. Za razliku od relativno kratkog Leua, Ile ostatak JNK1 sprečava da srednji do veliki aromatični prstenovi uđu u hidrofobni džep.

Pošto se ostatak leucina nalazi u hidrofobnom džepu JNK2 kao i JNK3, aromatični prsten u hidrofobnom području nema značajan uticaj na selektivnost u odnosu na JNK2. Prema ovim rezultatima može se vidjeti da su potrebni dodatni elementi za postizanje selektivnosti izoforme za JNK2, a može se razumjeti da još uvijek nema mnogo inhibitora koji su prevladali ovu prepreku.
Što se tiče struktura selektivnih JNK3 inhibitora koji su takođe selektivni za JNK2, zapaženo je da svi oni pokazuju dodatno vezivanje u delu izloženom rastvaraču. Selektivni inhibitor JNK3, naime jedinjenje 1 (slika 9), formira H-vezu između protoniranog pirolidina i Asn89, a drugi selektivni inhibitor JNK3, naime jedinjenje 3, također formira F-vezu između fluora supstituiranog u indolinu{{11 }}jedna grupa i Asn152/Gln155. Ove veze su sve dodatne interakcije u području izloženosti rastvaraču. Nadalje, karbonilna grupa tiazol-4-one u jedinjenju 3 bila je bliska ostatku Asn152, što je predviđeno kao dipolna interakcija.

Jednom kada se postigne selektivnost izoforme, još uvijek postoje mnoge prepreke koje treba savladati. Prije svega, zbog sličnosti ATP-vezujućih džepova na koje cilja većina inhibitora protein kinaze, preferencijalno treba postići opštu selektivnost u odnosu na protein kinom koji nije JNK1/2. Drugo, bit će potrebna visoka potencija jer se tjelesna koncentracija terapeutika mora nadmetati s ATP-om, koji je prisutan u milimolarnom rasponu u stanicama. Treće, bit će potrebna penetracija BBB-a bez stvaranja velikih nuspojava, što je najteži izazov jer je AD, bolest koju pokušavamo pobijediti, kronična bolest, a za dugotrajno liječenje potrebni su terapiji. Stoga, kod indikacija s tako dugim periodom doziranja, širok sigurnosni profil postaje vrlo važno pitanje. Iako razvoj JNK3 inhibitora kao tretmana za neurodegenerativne bolesti još nije bio uspješan, postaje jasno da je JNK3 obećavajući terapeutski cilj.

JNK3 privlači sve više pažnje kao terapeutska meta za AD. Ove karakteristike treba uzeti u obzir u dizajnu novih JNK3 inhibitora, koji bi uskoro mogli olakšati razvoj moćnih i selektivnih JNK3 inhibitora kao terapeutika za AD.

finansiranje:

Ovo istraživanje je finansirala Nacionalna istraživačka fondacija Koreje, grantovi NRF-2020R1A6A1A03042854 (Centar za proteinopatiju) i NRF-2021R1A2C2007159 (J.-M. Hah).

Izjava institucionalnog odbora za reviziju:

Nije primjenjivo.
Izjava o informiranom pristanku:

Nije primjenjivo.

Sukobi interesa:

Autori nemaju sukob interesa o kojem bi se mogli izjasniti.

Reference

1. Burnett, G.; Kennedy, EP Enzimska fosforilacija proteina. J. Biol. Chem. 1954, 211, 969–980. [CrossRef]

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

3. Ficarro, SB; McClelland, ML; Stukenberg, PT; Burke, DJ; Ross, MM; Shabanowitz, J.; Hunt, DF; White, FM Fosfoproteomska analiza masenom spektrometrijom i njena primjena na Saccharomyces cerevisiae. Nat. Biotechnol. 2002, 20, 301–305. [CrossRef]

4. Cohen, P. Regulacija funkcije proteina fosforilacijom na više mjesta - 25-godišnje ažuriranje. Trends Biochem. Sci. 2000, 25, 596–601. [CrossRef]

5. Roskoski, RJ Svojstva inhibitora male molekularne protein kinaze odobrenih od strane FDA: ažuriranje za 2021. Pharmacol. Res. 2021, 165, 105463. [CrossRef]

6. Muller, S.; Chaikuad, A.; Grey, NS; Knapp, S. Ins and outs of selektivnog razvoja inhibitora kinaze. Nat. Chem. Biol. 2015, 11, 818–821. [CrossRef]

7. Cohen, P.; Alessi, DR Kinase otkriće lijeka—Šta je sljedeće na terenu? ACS Chem. Biol. 2013, 8, 96–104. [CrossRef]

8. Small, DH; Cappai, R. Alois Alchajmer i Alchajmerova bolest: stogodišnja perspektiva. 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. Globalno, regionalno i nacionalno opterećenje Alchajmerove bolesti i drugih demencija, 1990–2016: Sistematska analiza za Globalnu studiju o teretu bolesti 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: Protein kinaza stimulirana UV svjetlom i Ha-Ras koja vezuje i fosforilira c-Jun aktivacioni domen. Cell 1994, 76, 1025–1037. [CrossRef]

11. Johnson, GL; Nakamura, K. C-jun kinaza/put aktiviran stresom: Regulacija, funkcija i uloga u ljudskim bolestima. Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Res. 2007, 1773, 1341–1348. [CrossRef] [PubMed]

12. Okazawa, H.; Estus, S. JNK/c-Jun kaskada i Alchajmerova bolest. Am. J. Alchajmerova bolest. Other Dement. 2002, 17, 79–88. [CrossRef]

13. Bruckner, SR; Tammariello, SP; Kuan, CY; Flavell, RA; Rakić, P.; Estus, S. JNK3 doprinosi c-Jun aktivaciji i apoptozi, ali ne i oksidativnom stresu u simpatičkim neuronima lišenim faktora rasta živaca. J. Neurochem. 2001, 78, 298–303. [CrossRef]

14. Gwinn, DM; Shackelford, DB; Egan, DF; Mihajlova, MM; Mery, A.; Vasquez, DS; Turk, BE; Shaw, RJ AMPK fosforilacija grabljivica posreduje u metaboličkoj kontrolnoj tački. 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 održava metabolički stres izazvan A peptidima. Neuron 2012, 75, 824–837. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com