Et perspektiv på udviklingen af ​​C-Jun N-terminale kinasehæmmere som terapeutiske midler til Alzheimers sygdom: Undersøgelse af struktur gennem dockingstudier

Abstrakt:

c-Jun N-terminal kinase (JNK) spiller en vigtig rolle i celledød forårsaget af forskellige stimuli. Fordi isoformen JNK3 hovedsageligt udtrykkes i hjernen, menes den at spille en central rolle i forskellige neurodegenerative sygdomme, herunder Alzheimers sygdom (AD) og Parkinsons sygdom (PD), som stadig mangler plausible terapeutiske midler. For at udvikle en ny og selektiv JNK3-hæmmer gennemførte vi en dekadalgennemgang (2011 til 2021) af publicerede artikler om JNK-hæmmere, især dem, der fokuserede på et strukturelt perspektiv og docking-indsigter. Vi observerede strukturerne af tre isoformer af JNK, nemlig holo-proteiner og co-krystalstrukturer, med JNK3-hæmmere og opsummerede de væsentlige strukturelle aspekter af selektive JNK3-hæmmere som AD-terapeutika.

Parkinsons sygdom er en almindelig degenerativ sygdom i nervesystemet, og dens hovedsymptomer omfatter rysten, stivhed, langsomme bevægelser, balanceforstyrrelser osv. Problemer med hukommelsesfunktionen i forbindelse med Parkinsons sygdoms symptomer får dog stigende opmærksomhed.

Undersøgelser har vist, at hukommelsen hos patienter med Parkinsons sygdom påvirkes væsentligt, når de udfører kognitive opgaver, og nogle af dem viser også kognitiv funktionsnedsættelse såsom opmærksomhedstab og nedsat kognitiv sensitivitet. Det betyder dog ikke, at mennesker med Parkinsons sygdom ikke kan have en god hukommelse.

Mennesker med Parkinsons sygdom kan forbedre deres hukommelsesfærdigheder gennem konstant træning og træning, især ved at udføre noget hukommelsestræning og øvelser. Disse øvelser kan hjælpe mennesker med Parkinsons sygdom med at forbedre deres kognitive evner, udvikle en mere positiv selvtillid, forbedre deres livskvalitet og forbedre deres selvværd.

Blandt dem kan nogle simple hukommelsesøvelser, herunder en masse læsning, skrivning, matematiske beregninger, tegning og andre aktiviteter, effektivt forbedre den kognitive evne hos patienter med Parkinsons sygdom og få dem til at møde livet mere positivt og selvsikkert. Derudover er noget hukommelsestræning, herunder lokationshukommelse, talhukommelse, bogstavhukommelse, hændelsessekvenshukommelse osv. også meget effektiv. Disse træninger sætter mennesker med Parkinsons sygdom i stand til bedre at se og håndtere forskellige problemer og bedre tilpasse sig deres nye livssituation.

Alt i alt, selvom Parkinsons sygdom kan påvirke patienternes opmærksomhed og hukommelsesevne, kan passende kognitiv træning og motion hjælpe patienter med at forbedre deres kognitive funktion og hjælpe dem bedre med at tilpasse sig deres nye livsstatus. Patienter med Parkinsons sygdom behøver derfor ikke være bange for hukommelsesproblemer, så længe de møder livet med en positiv og positiv indstilling, vil de helt sikkert få et lykkeligt og aktivt liv. Det kan ses, at vi skal forbedre vores hukommelse. Cistanche kan forbedre hukommelsen markant, fordi kødpasta er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale med mange unikke effekter, hvoraf den ene er at forbedre hukommelsen. Effektiviteten af ​​hakket kød kommer fra forskellige aktive ingredienser, herunder carboxylsyre, polysaccharider, flavonoider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed gennem forskellige kanaler.

Klik på kender måder at forbedre hjernens funktion

Nøgleord:

Alzheimers sygdom; c-Jun N-terminal kinase; lille-molekyle proteinkinaseinhibitor; JNK3; selektivitet.

1. Introduktion

Proteinkinaser blev opdaget for mere end 65 år siden, men de har været terapeutiske mål i mindre end 30 år [1,2]. Inddragelsen af ​​proteinkinaser i mange sygdomme er blevet fastslået baseret på en lang række undersøgelser, og sådanne kinaser har længe været en lovende molekylær målgruppe. Der er 518 kendte proteinkinaser kodet i det humane genom, og proteinkinaser phosphorylerer cirka en tredjedel af alle proteiner [3,4]. Mange forskere i medicinalvirksomheder og den akademiske verden har arbejdet hårdt på dette område, og som følge heraf er 67 småmolekylære kinasehæmmere blevet godkendt af det amerikanske FDA i 2021 [5].

Gleevec, en veletableret behandling for kronisk myeloid leukæmi, blev lanceret i 2001 efter at være blevet udviklet af Novartis, hvilket indledte proteinkinasehæmmer-æraen. Denne behandling udvider stadig dens anvendelsesområde. Efter dette blev ni småmolekylære proteinkinasehæmmere godkendt af det amerikanske FDA i 2011, og de var udelukkende rettet mod proliferative sygdomme som cancer. Tilsvarende anvendes de fleste hidtil godkendte proteinkinasehæmmere i onkologi. Proteinkinaser er imidlertid også involveret i mange andre sygdomme, herunder inflammatoriske, immunologiske og kardiovaskulære sygdomme, såvel som sygdomme i centralnervesystemet (CNS), såsom Alzheimers sygdom (AD) og Parkinsons sygdom (PD) [6]. I 2011 blev ruxolitinib, som er en JAK1- og JAK2-hæmmer, godkendt som et terapeutisk middel mod myelofibrose. Sammen med denne godkendelse blev forskning inden for ikke-onkologiske kinasehæmmere stadig mere aktiv [7]. Der er så mange som 10 lægemidler rettet mod sygdomme uden for onkologi blandt de 67 FDA-godkendte proteinkinasehæmmere, men der er endnu intet proteinkinasehæmmerlægemiddel mod CNS-lidelser.

AD blev opdaget i 1906, og en post-mortem undersøgelse observerede to klare biomarkører, nemlig tau tangle og amyloid beta (A) plak, men fra 2021 er et klart terapeutisk mål endnu ikke blevet identificeret. Med den hurtige aldring af den globale befolkning er neurodegenerative sygdomme som AD blevet et stort socialt problem og har en betydelig indvirkning ikke kun på patienter, men også på andre individer omkring patienterne [8,9]. Fordi småmolekylære proteinkinaseinhibitorer bliver brugt til en bred vifte af sygdomme, har molekylære mål tiltrukket sig betydelig opmærksomhed inden for CNS-lidelser. Ud af mange potentielle CNS-proteinkinaser valgte vi c-Jun N-terminal kinase (JNK), et medlem af den mitogenaktiverede proteinkinasefamilie. JNK'erne phosphorylerer flere apoptose-relaterede transkriptionsfaktorer, herunder c-Jun, ATF, APP og tau, og inducerer cellulær apoptose [10].

JNK'er reagerer på forskellige stimuli såsom cytokiner, neurotoksiner, oxidativt stress og fedtsyrer. Når stimuli først når cellemembranen, overføres signaler til mitogenaktiveret proteinkinase (MAPKKK), MAPKK4 og MAPKK7 gennem phosphorylering. Dernæst phosphorylerer den aktiverede MAPKK4 og MAPKK7 JNK på to forskellige steder, og den phosphorylerede JNK phosphorylerer derefter N-terminalen af ​​c-Jun for at inducere et apoptotisk signal [11]. Derudover fosforylerer JNK direkte apoptotiske proteiner såsom BIM og BMF og aktiverer dem for at aktivere caspaser [12]. Samlet set er JNK'er stærkt involveret i de fysiologiske processer af apoptose. Der er tre forskellige humane JNK-gener, nemlig jnk1, jnk2 og jnk3, der koder for 10 forskellige splejsninger af JNK-varianter (4 JNK1/2 homozygote og 2 JNK3 homologe), hvoraf JNK1 og JNK2 er de mest udbredte (figur 1).

I modsætning til JNK1 og JNK2 udtrykkes JNK3 for det meste i hjernen, og kun en lille del udtrykkes i hjertet og testiklerne. JNK3 er blevet betragtet som et potentielt terapeutisk mål for neurodegenerative sygdomme forbundet med neuronal celledød. Når c-Jun phosphoryleres af JNK3, letter det også tau-tangle-modning. Derudover er JNK3 kendt for at fosforylere tau-proteiner direkte, hvilket fører til dannelsen af ​​tau-tangles.

En anden biomarkør for AD-patologi, nemlig amyloid beta, er også relateret til JNK3. JNK3 phosphorylerer amyloid precursor protein (APP) ved T688, hvilket forårsager APP endocytose, som er kendt for at være det vigtigste trin i hele amyloid-beta-dannelsesprocessen [13].

Mekanismen bag en plak-induceret apoptose forbliver uklar. A plaques inducerer phosphoryleringen af ​​AMP-aktiveret proteinkinase (AMPK), og aktiveret AMPK phosphorylerer TSC2 og Raptor ved S1387 og S792. Denne proces hæmmer mTOR-vejen og det repræsentative celleredningssystem og inducerer en translationsblokering, der forhindrer proteinekspression [14]. Dette fænomen inducerer udbredt oxidativt endoplasmatisk retikulumstress, som er ledsaget af en udfoldet proteinrespons, der inducerer sekundære reaktioner såsom den inflammatoriske respons, som reaktiverer JNK3. En anden begrundelse for at forudsige, at neuronal celledød vil falde i hjernen hos AD-patienter, når JNK3 hæmmes, er, at neuronal celledød og kognitiv tilbagegang også blev reduceret i en JNK3 knock-out FAD musemodel [15] (se figur 2).

2. Nuværende udviklingsstatus for JNK-hæmmere

2.1. Pan-JNK-hæmmere

SP600125 (figur 3) er den første kendte pan-JNK-hæmmer med IC50-værdier på 90, 40 og 40 nM for henholdsvis JNK3, JNK2 og JNK1. Denne forbindelse var den første JNK-hæmmer, der blev undersøgt, og forståelsen af ​​JNK's intracellulære signalvej er blevet udvidet. Oprindeligt blev det udviklet ved hjælp af cancerceller som indikatorer for apoptotisk celledød, men senere udviste denne forbindelse en neurobeskyttende effekt i MPTP-inducerede PD-dyremodeller. Det reducerede også neurofibrillær sammenfiltring og A plaques i AD dyremodeller [16-18]. Styrken og selektiviteten af ​​SP600125 førte ikke til lægemiddeludvikling, men det er en forbindelse, der har fået mange forskere til at betragte JNK som et attraktivt lægemiddelmål.

AS602801 (figur 3) er en oralt aktiv pan-JNK-hæmmer. IC50-værdier på 230, 90 og 80 nM er udstillet for henholdsvis JNK3, JNK2 og JNK1. Det viste en signifikant effekt på endometriose, når det blev brugt i kombinationsbehandling med hormoner eller som monoterapi i bavian- og gnavermodeller. Mens AS602801 ikke er en selektiv inhibitor, var der et forsøg på at målrette mod immunrelaterede sygdomme med AS602801-behandling, i modsætning til SP600125. Denne forbindelse gik ind i fase II kliniske forsøg i 2012 med endometriose som indikation [19,20].

Tanzisertib (figur 3) er den tredje oralt aktive pan-JNK-hæmmer med IC50-værdier på 6, 7 og 61 nM for henholdsvis JNK3, JNK2 og JNK1. Tanzisertib har vist sig at være effektivt i dyreforsøg med en bleomycin-induceret lungefibrosemodel som målsygdom for idiopatisk lungefibrose. Eksperimenter har også vist, at det reducerer produktionen af ​​TNF- i en akut rotte LPS-induceret TNF-produktion PK-PD model. Det gik ind i fase II kliniske forsøg med idiopatisk lungefibrose som indikation, men forsøgene er blevet standset af ukendte årsager [21].

2.2. Selektive JNK-hæmmere

Forbindelse 1 (figur 4) er en selektiv JNK3-hæmmer med aktivitetsniveauer på<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].

Forbindelse 3 (figur 4) blev opdaget gennem flertrins strukturbaseret virtuel screening. Det udviser en 40 nM IC50 for JNK3 og 2500-fold isoformselektivitet i forhold til JNK1 og JNK2, samt en god selektivitetsprofil for 398 kinaser. Det udviser også større neurobeskyttende aktivitet mod A-induceret cellulær toksicitet i SH-SY5Y-celler sammenlignet med LiCl, som er et potentielt terapeutisk middel for AD in vitro. Dyreforsøg med mus afslørede øgede indlærings- og hukommelsesevner, og undersøgelser af de underliggende mekanismer afslørede, at denne forbindelse signifikant kan reducere diffusionen af ​​fibrillære A-plaques gennem inhibering af JNK efter den reducerede fosforylering af APP- og tau-proteiner i cortex og hippocampus. [24].

Forbindelse 4 (figur 4) er en JNK2-- og JNK3--selektiv inhibitor med IC50-værdier på 16 nM for JNK3, 97 nM for JNK2 og 420 nM for JNK1. JNK2-isoformselektivitet blev ikke opnået, men forbindelsen udviste høj selektivitet i forhold til andre MAPK-familier og JNK1-isoformer. Som en JNK3-hæmmer til neurodegenerativ sygdomsterapi udviste denne forbindelse gunstig BBB-permeabilitet [25].

3. Strukturel perspektivanalyse af JNKs aktive site

3.1. Overlejring af JNK1, JNK2 og JNK3 krystalstrukturer

For at sammenligne strukturerne af JNK1 og JNK3 blev forbindelse 3 docket i JNK3 (Protein Data Bank (PDB) ID: 4WHZ). Indolin-2-en komponent er placeret i hængselregionen og interagerer med hydrogenet af NH og carbonyloxygen i rygraden af ​​Met149. Nitrogenet i thiazol-4-en danner en hydrogenbinding med Lys93 gennem vandbroen, og 2-chlorphenylgruppen er begravet i den hydrofobe lomme bestående af Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146, og Leu206, som er placeret på bagsiden af ​​det aktive sted ud over gatekeeper-resten Met146. Met146 interagerer med en aromatisk ring (i forbindelse 3, 2-chlorphenylgruppen) i JNK3.

Når den forankrede stilling af forbindelse 3 med JNK3 blev overlejret på krystalstrukturerne af JNK1 (PDB ID: 3PZE, 2XRW, 4QTD, 3ELJ, 4AWI og 4L7F) (Figur 5), så det ud til, at hver Met108-rest i de observerede JNK1-strukturer kunne være i konflikt med 2-chlorphenylgruppen, der optager selektivitetslommen, i modsætning til methionin146 i JNK3 [26]. Denne methioninkonflikt kunne forklare selektiviteten af ​​forbindelse 3 for JNK3 over JNK1.

For at bestemme, hvordan gatekeeper-resten methionin108 virker i det aktive sted af JNK2, blev den forankrede stilling af forbindelse 3 overlejret på tre offentliggjorte krystalstrukturer af JNK2 (PDB ID: 3E7O, 7CML og 3NPC) (figur 6). Selvom Met108 i 3E7O er i konflikt med 2-chlorphenylgruppen, der optager selektivitetslommen, interagerer Met108 fra 7CML og 3NPC med 2-chlorphenylgruppen gennem svovl-pi-interaktioner, svarende til Met146 i det aktive sted for JNK3 [32]. Enten er de to strukturer, der danner svovl-pi-interaktioner, holoenzymer uden co-krystalliserede ligander, eller også har de co-krystalliserede ligander allerede aromatiske ringe, der optager selektivitetslommen. I krystalstrukturen af ​​forbindelse 4, som kun har isoformselektivitet for JNK1, har naphthalendelen en svovl-pi-interaktion med Met146-resten af ​​JNK3, og IC50 af JNK2 er 97 nM, hvilket er et rimeligt aktivitetsniveau. I tilfælde af alisertib, i betragtning af krystalstrukturen af ​​alisertib på JNK3 (ikke vist), optager trifluorphenylgruppen selektivitetslommen og interagerer med Met146, men aktiviteten af ​​JNK2 er næsten den samme som JNK3. Ved at kombinere disse observationer konkluderede vi, at forbindelse 4 inducerer gatekeeper-resten Met108 af JNK2 til at bevæge sig tilstrækkeligt til at danne en hydrofob lomme svarende til den for JNK3.

Opførselen af ​​gatekeeper-resten Methionine146 i det aktive sted af JNK3 blev observeret ved anvendelse af den samme metode beskrevet ovenfor (figur 7). Met146-grupperne i de fire krystalstrukturer af JNK3 (PDB ID: 4WHZ, 4W4W, 3OY1, 7KSI) udviser svovl-pi-interaktioner med 2-chlorphenyl-grupperne, eksklusive to krystalstrukturer (PDB ID: 6EMH, 6EQ9) ) hvor co-krystalliserede ligander ikke optager den hydrofobe lomme [26-32]. Den sammensatte-inducerede bevægelse af methioninrester i JNK2-strukturen og dannelsen af ​​en hydrofob lomme er mere almindelige i JNK3-strukturer. Denne tendens kunne forklare JNK'ers isoformselektivitet. Ingen af ​​Met108-resterne i de observerede krystalstrukturer af JNK1 bevæger sig tilstrækkeligt til at danne en hydrofob lomme, men i krystalstrukturerne af JNK2 og JNK3 bevæger methioninresterne sig tilstrækkeligt til at skabe hydrofobe lommer med inhibitorerne. Derfor kan selektivitet for JNK1 opnås gennem hydrofob lommebelægning, men selektiviteten af ​​JNK2 kræver yderligere forklaring.

3.2. Forskellige rester mellem JNK1 og JNK3

For at undersøge resterne, der omfatter det aktive sted for JNK3, observerede vi restsekvenserne 45 til 400 af JNK3 og fandt, at Leu144-resten eksisterer i det aktive sted som et element i selektivitetslommen. Leu144 danner hydrofobe interaktioner med naphthalenringen af ​​forbindelse 4 i krystalstrukturen af ​​JNK3 (PDB ID: 3OY1) (figur 8a). Men når krystalstrukturen af ​​JNK1 (PDB ID: 3PZE) er overlejret på den co-krystalliserede ligand af 3OY1 (figur 8b), eksisterer Ile106 i stedet for Leu144-resten på samme sted og er i konflikt med naphthalenringen af ​​forbindelse 4 [37]. Afstanden mellem Leu144 i krystalstrukturen af ​​JNK3 og naphthalenringen holdes på 3,53 Å, men Ile106 fra krystalstrukturen af ​​JNK1 forårsager dårlig kontakt med naphthalenringen, fordi den er for tæt i en afstand på 2,26 Å. Fordi JNK2 også har Leu144 på samme sted som JNK3, kan vi konkludere, at besættelse af selektivitetslommen ikke er en absolut betingelse for at opnå selektivitet for JNK1 og JNK2.

4. Funktionelle grupper i hver forbindelse, der bidrager til isoformselektivitet

For at bestemme de strukturelle spor for den selektive inhibitorforbindelse 1 i bindingstilstanden analyserede vi forbindelsen 1-JNK3 co-krystalkompleks i detaljer (figur 9). Et par hydrogenbindinger dannes i Met149-hængselregionen, NH-gruppen af ​​benzamid fungerer som en hydrogenbindingsdonor, og 2-nitrogenet i pyrazolringen fungerer som en hydrogenbindingsacceptor. En anden hydrogenbinding dannes mellem urinstofgruppen og Lys93 gennem en vandbro, og 2-chlorphenylgruppen er placeret dybt i den hydrofobe lomme og danner en svovl-pi-interaktion med Met146-gatekeeper-resten. Introduktionen af ​​ortho-substitueret chlorid synes at være vigtig med hensyn til selektivitet, fordi det ændrer vinklen på de to ringe med hensyn til konformation og får phenylgruppen til at passe ind i selektivitetslommen [22]. Den protonerede pyrrolidin i opløsningsmiddeleksponeringsområdet danner en hydrogenbinding med Asn89 i den øvre del af det aktive sted. Forbindelse 1 udviser 210-fold selektivitet for JNK3 i forhold til JNK2, hvilket er meget højere end for de andre undersøgte selektive JNK3-hæmmere. Hydrogenbindingen mellem pyrrolidin og Asn89 er den mest rimelige forklaring på dette fænomen.

En lignende observation blev lavet for forbindelsen 2-JNK3 co-krystalstruktur (figur 10). Forbindelse 2 har også to hydrogenbindinger med Met149 i hængselregionen, dannet af NH-gruppen fra amidet og 2-nitrogenet i pyrazolringen. En yderligere hydrogenbinding blev fundet i urinstofdelen med Lys93 gennem vandbroen. Den urinstof-forbundne 2-chlorphenylgruppe udviste en svovl-pi-interaktion med Met146-gatekeeper-resten i selektivitetslommen, og orthochlorid-substitutionen gjorde denne interaktion mere gunstig. Alle disse interaktioner var meget lig forholdet mellem forbindelse 1 og JNK3. Den eneste forskel sammenlignet med forbindelse 1-bindingsmåden var tabet af hydrogenbindinger i opløsningsmiddeleksponeringskomponenten, hvilket ser ud til at være årsagen til ændringen i JNK3-aktivitet (fra<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.

Bindingsmåden af ​​forbindelse 3 blev undersøgt for at udforske begrundelsen for, at forbindelse 3 udviser 2500-fold selektivitet i forhold til JNK2 (figur 11). En co-krystalstruktur var ikke tilgængelig for forbindelse 3, og vi overvågede bindingstilstanden gennem dockingsimuleringer. Som vist i figur 5 er indolin-2-en komponent placeret i hængselregionen, hvor der er to hydrogenbindinger med Met149, en hydrogenbinding med Lys93 gennem vandbroen og den hydrofobe interaktion af {{11 }}chlorphenylgruppe [24]. Ud over disse interaktioner fandt vi, at 5-fluoren af ​​indolin-2-en interagerer tæt med Asn152- og Gln155-resterne (afstande på henholdsvis 4,69 Å og 3,41 Å) gennem F-binding. Disse interaktioner er klare baseret på forskellene i aktivitet med og uden fluorsubstitution. Derudover udviser sidekæden af ​​Asn152 en dipol-interaktion med carbonylgruppen i thiazol-4-on. Både F-bindingen og dipol-interaktionerne kunne forklare den høje selektivitet af forbindelse 3 for JNK2.

I modsætning til selektiviteten af ​​forbindelse 3 undersøgte vi den lave selektivitet af forbindelse 4 for at identificere dens bindingsmåde (figur 12). Den har to hydrogenbindinger i hængselregionen, og carbonylgruppen i triazol-3-en danner direkte en hydrogenbinding med Lys93, i modsætning til de tidligere forbindelser. Naphthalenringen kommer ind i selektivitetslommen for at danne hydrofobe og svovl-pi-interaktioner med resterne beskrevet ovenfor [25]. Selvom cyclohexangruppen blev substitueret i opløsningsmiddeleksponeringskomponenten, blev der ikke observeret yderligere interaktioner. Som konklusion udviser forbindelser med selektivitet for JNK2 almindeligvis yderligere interaktioner i form af enten hydrogenbindinger, F-bindinger eller dipol-interaktioner i opløsningsmiddeleksponering.

5. Konklusioner

Neurodegenerative sygdomme som AD bliver stadig mere kritiske sociale problemer baseret på den hurtigt aldrende globale befolkning. AD er en sygdom med enorme udækkede terapeutiske behov, som kræver nye terapeutiske molekylære mål. Med hensyn til nye terapeutiske mål undersøgte vi c-Jun N-terminal-kinase 3, som er en pivotal proteinkinase i den neuronale apoptotiske proces. JNK spiller en vigtig rolle i den apoptotiske proces ved terminalen af ​​MAPK-vejen, og isoformen JNK3 udtrykkes hovedsageligt i hjernen. Derfor anses det for at være et mål for neurodegenerative sygdomme, hvor neuronal apoptose er en nøglebegivenhed. Derudover, fordi JNK3 optræder gentagne gange i adskillige patologiske veje af AD, betragtede vi det som et lovende mål for at overvinde denne sygdom.

Derfor blev en omfattende liste over aktuelle pan-JNK-hæmmere og selektive JNK3-hæmmere samlet, og deres bindingsmåder blev undersøgt. Selektive JNK3-hæmmere optager almindeligvis en hydrofob region (Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146 og Leu206) kaldet selektivitetslommen ved at indføre en aromatisk ring i JNK3-hæmmeren, så den kan trænge ind i den hydrofobe lomme dybt i JNK3's aktive sted. . Selektivitet for JNK1-isoformen blev opnået ved at tillade hydrofobe interaktioner og svovl-pi-interaktioner. Seks JNK1-, tre JNK2- og seks JNK3-krystalstrukturer blev udvalgt i henhold til deres opløsninger for at sammenligne de ligand-inducerede bevægelser af gatekeeper Met-rester. I hver af de seks JNK1 co-krystaller kolliderede methioninen med den aromatiske ring i den selektive JNK3-inhibitor, og ingen af ​​de co-krystalliserede ligander kunne passe ind i den hydrofobe lomme. Kollisionen af ​​gatekeeper-methionin med den aromatiske ring blev også observeret i co-krystallen af ​​JNK2, men hvis den co-krystalliserede ligand optager den hydrofobe region, så induceres methioninen af ​​JNK2 af liganden, og en lomme kan dannes.

Blandt de seks observerede inhibitor-JNK3 co-krystalstrukturer var der flere tilfælde med ligander, der optog den hydrofobe lomme, der styrer denne selektivitet. Fire cokrystalliserede ligander optog den hydrofobe lomme, og to optog ikke den hydrofobe lomme. Selvom der blev observeret forskellige belægningsniveauer afhængigt af formerne af de fire ligander, dannede alle methioniner en hydrofob lomme.

Som en supplerende forklaring på resterne, der omfatter den hydrofobe lomme dybt i det aktive sted, er der en forskel mellem Leu af JNK3 og Ile af JNK1. I modsætning til den relativt korte Leu forhindrer Ile-resten af ​​JNK1 de mellemstore til store aromatiske ringe i at komme ind i den hydrofobe lomme.

Fordi leucinresten er placeret ved den hydrofobe lomme af JNK2 såvel som JNK3, har den aromatiske ring i den hydrofobe region ingen signifikant indflydelse på selektiviteten over JNK2. Ifølge disse resultater kan man se, at der kræves yderligere elementer for at opnå isoformselektivitet for JNK2, og det kan forstås, at der ikke er mange inhibitorer, der har overvundet denne hindring endnu.
Med hensyn til strukturerne af selektive JNK3-hæmmere, der også er selektive for JNK2, blev alle observeret at udvise yderligere binding i den opløsningsmiddel-eksponerede del. En selektiv JNK3-hæmmer, nemlig forbindelse 1 (figur 9), danner en H-binding mellem protoneret pyrrolidin og Asn89, og en anden selektiv JNK3-hæmmer, nemlig forbindelse 3, danner også en F-binding mellem fluor substitueret i indolinen{{11 }}en gruppe og Asn152/Gln155. Disse bindinger er alle yderligere interaktioner i opløsningsmiddeleksponeringsområdet. Ydermere var carbonylgruppen i thiazol-4-en i forbindelse 3 tæt på Asn152-resten, hvilket blev forudsagt som en dipol-interaktion.

Når først isoformselektiviteten er opnået, er der stadig mange forhindringer at overvinde. Først og fremmest, på grund af lighederne mellem de ATP-bindende lommer, som de fleste proteinkinaseinhibitorer retter sig mod, bør generel selektivitet over et andet proteinkinom end JNK1/2 fortrinsvis opnås. For det andet vil en høj styrke være påkrævet, fordi kropskoncentrationen af ​​lægemidler skal konkurrere med ATP, som er til stede i det millimolære område i celler. For det tredje vil der kræves BBB-penetration uden generering af større bivirkninger, hvilket er den sværeste udfordring, da AD, den sygdom, vi forsøger at overvinde, er en kronisk sygdom, og der kræves terapeutiske midler til langtidsbehandling. Derfor bliver en bred sikkerhedsprofil i indikationer med så lang en doseringsperiode et meget vigtigt emne. Selvom udviklingen af ​​JNK3-hæmmere som behandling af neurodegenerativ sygdom endnu ikke har været succesfuld, er det ved at blive klart, at JNK3 er et lovende terapeutisk mål.

JNK3 tiltrækker sig mere og mere opmærksomhed som et terapeutisk mål for AD. Disse karakteristika bør tages i betragtning ved udformningen af ​​nye JNK3-hæmmere, som kan lette udviklingen af ​​potente og selektive JNK3-hæmmere som terapeutiske midler til AD inden længe.

Finansiering:

Denne forskning blev finansieret af National Research Foundation of Korea-bevillinger NRF-2020R1A6A1A03042854 (Center for Proteinopathy) og NRF-2021R1A2C2007159 (J.-M. Hah).

Udtalelse fra det institutionelle revisionsudvalg:

Ikke anvendelig.
Erklæring om informeret samtykke:

Ikke anvendelig.

Interessekonflikt:

Forfatterne har ingen interessekonflikt at erklære.

Referencer

1. Burnett, G.; Kennedy, EP Den enzymatiske phosphorylering af proteiner. J. Biol. Chem. 1954, 211, 969-980. [CrossRef]

2. US Food & Drug Administration. Tilgængelig online: https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/compilationcder-new-molecular-entity-nme-drug-and-new-biologic-approvals (tilgået den 14. september 2021).

3. Ficarro, SB; McClelland, ML; Stukenberg, PT; Burke, DJ; Ross, MM; Shabanowitz, J.; Jagt, DF; White, FM Phosphoproteome analyse ved massespektrometri og dets anvendelse på Saccharomyces cerevisiae. Nat. Biotechnol. 2002, 20, 301-305. [CrossRef]

4. Cohen, P. Reguleringen af ​​proteinfunktion ved multisite-phosphorylering – en 25-årsopdatering. Trends Biochem. Sci. 2000, 25, 596-601. [CrossRef]

5. Roskoski, RJ Egenskaber for FDA-godkendte små molekyle proteinkinaseinhibitorer: En 2021-opdatering. Pharmacol. Res. 2021, 165, 105463. [CrossRef]

6. Muller, S.; Chaikuad, A.; Gray, NS; Knapp, S. Ins og outs af selektiv kinaseinhibitor udvikling. Nat. Chem. Biol. 2015, 11, 818-821. [CrossRef]

7. Cohen, P.; Alessi, DR Kinase-lægemiddelopdagelse - Hvad er det næste på området? ACS Chem. Biol. 2013, 8, 96-104. [CrossRef]

8. Lille, DH; Cappai, R. Alois Alzheimer og Alzheimers sygdom: Et hundrede års perspektiv. 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. Global, regional og national byrde af Alzheimers sygdom og andre demenssygdomme, 1990-2016: En systematisk analyse til Global Burden of Disease Study 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: En proteinkinase stimuleret af UV-lys og Ha-Ras, der binder og phosphorylerer c-Jun-aktiveringsdomænet. Cell 1994, 76, 1025-1037. [CrossRef]

11. Johnson, GL; Nakamura, K. Den c-jun kinase/stress-aktiverede vej: Regulering, funktion og rolle i menneskelig sygdom. Biochim. Biofys. Acta Mol. Cell Res. 2007, 1773, 1341-1348. [CrossRef] [PubMed]

12. Okazawa, H.; Estus, S. JNK/c-Jun-kaskaden og Alzheimers sygdom. Er. J. Alzheimers Dis. Anden demens. 2002, 17, 79-88. [CrossRef]

13. Bruckner, SR; Tammariello, SP; Kuan, CY; Flavell, RA; Rakic, P.; Estus, S. JNK3 bidrager til c-Jun-aktivering og apoptose, men ikke oxidativ stress i nervevækstfaktor-berøvede sympatiske neuroner. 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-phosphorylering af rovfugle medierer et metabolisk kontrolpunkt. Mol. Celle 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 opretholder metabolisk stress induceret af A-peptider. Neuron 2012, 75, 824-837. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com