Una perspectiva sobre el desenvolupament d'inhibidors de la cinasa N-terminal C-Jun com a terapèutica per a la malaltia d'Alzheimer: investigant l'estructura mitjançant estudis d'acoblament
Aug 18, 2023
Resum:
La cinasa N-terminal c-Jun (JNK) té un paper important en la mort cel·lular causada per diversos estímuls. Com que la isoforma JNK3 s'expressa principalment al cervell, es creu que té un paper fonamental en diverses malalties neurodegeneratives, com ara la malaltia d'Alzheimer (MA) i la malaltia de Parkinson (MP), que encara no tenen terapèutica plausible. Per desenvolupar un inhibidor de JNK3 nou i selectiu, vam realitzar una revisió decennal (2011 a 2021) d'articles publicats sobre inhibidors de JNK, especialment aquells que se centren en una perspectiva estructural i coneixements d'acoblament. Vam observar les estructures de tres isoformes de JNK, és a dir, holo-proteïnes i estructures co-cristal·les, amb inhibidors de JNK3 i vam resumir els aspectes estructurals significatius dels inhibidors selectius de JNK3 com a terapèutiques de l'AD.
La malaltia de Parkinson és una malaltia degenerativa comuna del sistema nerviós, i els seus principals símptomes inclouen tremolors, rigidesa, moviments lent, trastorns de l'equilibri, etc. No obstant això, els problemes amb la funció de memòria associats als símptomes de la malaltia de Parkinson reben cada cop més atenció.
Els estudis han demostrat que la memòria dels pacients amb malaltia de Parkinson es veu afectada significativament a l'hora de realitzar tasques cognitives, i alguns d'ells també mostren un deteriorament de la funció cognitiva com la pèrdua d'atenció i la reducció de la sensibilitat cognitiva. Tanmateix, això no vol dir que les persones amb malaltia de Parkinson no puguin tenir una bona memòria.
Les persones amb malaltia de Parkinson poden millorar les seves habilitats de memòria mitjançant la pràctica i l'entrenament constants, especialment realitzant alguns entrenaments i exercicis de memòria. Aquests exercicis poden ajudar a les persones amb malaltia de Parkinson a millorar les seves capacitats cognitives, desenvolupar una confiança en si mateixes més positiva, millorar la seva qualitat de vida i millorar la seva autoestima.
Entre ells, alguns exercicis de memòria senzills, que inclouen molta lectura, escriptura, càlculs matemàtics, dibuix i altres activitats, poden millorar eficaçment la capacitat cognitiva dels pacients amb malaltia de Parkinson i fer-los afrontar la vida de manera més positiva i segura. A més, alguns entrenaments de memòria, com ara la memòria d'ubicació, la memòria de números, la memòria de lletres, la memòria de la seqüència d'esdeveniments, etc., també són molt eficaços. Aquests entrenaments permeten a les persones amb malaltia de Parkinson afrontar i afrontar millor els diferents problemes, i adaptar-se millor a la seva nova situació de vida.
Amb tot, tot i que la malaltia de Parkinson pot afectar l'atenció i la capacitat de memòria dels pacients, l'entrenament cognitiu i l'exercici adequats poden ajudar els pacients a millorar la seva funció cognitiva i ajudar-los a adaptar-se millor al seu nou estat de vida. Per tant, els pacients amb malaltia de Parkinson no han de tenir por dels problemes de memòria, sempre que afrontin la vida amb una actitud positiva i positiva, segur que tindran una vida feliç i activa. Es pot veure que hem de millorar la nostra memòria. Cistanche pot millorar significativament la memòria perquè la pasta de carn és un material medicinal tradicional xinès amb molts efectes únics, un dels quals és millorar la memòria. L'eficàcia de la carn picada prové de diversos ingredients actius, com l'àcid carboxílic, polisacàrids, flavonoides, etc. Aquests ingredients poden promoure la salut del cervell a través de diversos canals.
Feu clic a conèixer maneres de millorar la funció cerebral
Paraules clau:
Malaltia d'Alzheimer; c-Jun quinasa N-terminal; inhibidor de proteïna cinasa de molècules petites; JNK3; selectivitat.
1. Introducció
Les proteïnes quinases es van descobrir fa més de 65 anys, però han estat diana terapèutica durant menys de 30 anys [1, 2]. La implicació de les proteïnes quinases en moltes malalties s'ha establert a partir d'un gran nombre d'estudis, i aquestes quinases han estat durant molt de temps un grup objectiu molecular prometedor. Hi ha 518 proteïnes quinases conegudes codificades al genoma humà i les proteïnes quinases fosforilen aproximadament un terç de totes les proteïnes [3,4]. Molts investigadors de les empreses farmacèutiques i del món acadèmic han treballat dur en aquesta àrea i, com a resultat, 67 fàrmacs inhibidors de la cinasa de molècules petites han estat aprovats per la FDA dels EUA a partir del 2021 [5].
Gleevec, un tractament ben establert per a la leucèmia mieloide crònica, es va llançar el 2001 després de ser desenvolupat per Novartis, iniciant l'era dels inhibidors de la proteïna cinasa. Aquest tractament encara amplia el seu ventall d'aplicacions. Després d'això, nou inhibidors de proteïna cinasa de molècules petites van ser aprovats per la FDA dels EUA el 2011 i es van dirigir exclusivament a malalties proliferatives com el càncer. De la mateixa manera, la majoria dels inhibidors de la proteïna cinasa aprovats fins ara s'utilitzen en oncologia. No obstant això, les proteïnes cinases també estan implicades en moltes altres malalties, com ara malalties inflamatòries, immunològiques i cardiovasculars, així com trastorns del sistema nerviós central (SNC) com la malaltia d'Alzheimer (AD) i la malaltia de Parkinson (PD) [6]. El 2011, el ruxolitinib, que és un inhibidor de JAK1 i JAK2, va ser aprovat com a agent terapèutic per a la mielofibrosi. Juntament amb aquesta aprovació, la investigació en el camp dels inhibidors de la cinasa no oncològica es va fer cada cop més activa [7]. Hi ha fins a 10 fàrmacs dirigits a malalties fora de l'oncologia entre els 67 inhibidors de la proteïna cinasa aprovats per la FDA, però encara no hi ha cap fàrmac inhibidor de la proteïna cinasa per als trastorns del SNC.
L'AD es va descobrir el 1906 i un examen post mortem va observar dos biomarcadors clars, a saber, tau tangle i la placa beta amiloide (A), però a partir del 2021, encara no s'ha identificat un objectiu terapèutic clar. Amb el ràpid envelliment de la població mundial, les malalties neurodegeneratives com la MA s'han convertit en un problema social important i tenen un impacte significatiu no només en els pacients, sinó també en altres individus al voltant dels pacients [8,9]. Com que els inhibidors de proteïna cinasa de molècules petites s'utilitzen per a una àmplia gamma de malalties, les dianes moleculars han cridat una atenció important en l'àrea dels trastorns del SNC. De moltes proteïnes cinases potencials del SNC, vam seleccionar la cinasa N-terminal c-Jun (JNK), un membre de la família de proteïnes cinases activades per mitogens. Els JNK fosforilen múltiples factors transcripcionals relacionats amb l'apoptosi, inclosos c-Jun, ATF, APP i tau, i indueixen l'apoptosi cel·lular [10].
Els JNK responen a diversos estímuls com ara citocines, neurotoxines, estrès oxidatiu i àcids grassos. Quan els estímuls arriben per primera vegada a la membrana cel·lular, els senyals es transfereixen a la proteïna quinasa activada per mitogen (MAPKKK), MAPKK4 i MAPKK7 mitjançant la fosforilació. A continuació, el MAPKK4 i el MAPKK7 activats fosforilen JNK en dos llocs diferents, i el JNK fosforilat després fosforila el N-terminal de c-Jun per induir un senyal apoptòtic [11]. A més, JNK fosforila directament proteïnes apoptòtiques com BIM i BMF i les activa per activar les caspases [12]. En general, els JNK estan molt implicats en els processos fisiològics de l'apoptosi. Hi ha tres gens JNK humans diferents, és a dir, jnk1, jnk2 i jnk3 que codifiquen 10 empalmes diferents de variants JNK (4 JNK1/2 homozigots i 2 homòlegs JNK3), dels quals JNK1 i JNK2 són els més expressats (Figura 1).
A diferència de JNK1 i JNK2, JNK3 s'expressa principalment al cervell, i només una petita part s'expressa al cor i als testicles. JNK3 s'ha considerat un objectiu terapèutic potencial per a malalties neurodegeneratives associades a la mort de cèl·lules neuronals. Quan c-Jun és fosforilat per JNK3, també facilita la maduració de l'embolic tau. A més, se sap que JNK3 fosforila directament les proteïnes tau, donant lloc a la formació d'embolics tau.
Un altre biomarcador de la patologia de la MA, és a dir, la beta amiloide, també està relacionat amb JNK3. JNK3 fosforila la proteïna precursora de l'amiloide (APP) a T688, provocant l'endocitosi de l'APP, que se sap que és el pas més important en tot el procés de formació de beta amiloide [13].
El mecanisme subjacent a l'apoptosi induïda per la placa A no està clar. Les plaques A indueixen la fosforilació de la proteïna cinasa activada per AMP (AMPK) i l'AMPK activada fosforila TSC2 i Raptor a S1387 i S792. Aquest procés inhibeix la via mTOR i el sistema de rescat cel·lular representatiu i indueix un bloc translacional que impedeix l'expressió de proteïnes [14]. Aquest fenomen indueix un estrès del reticle endoplasmàtic oxidatiu generalitzat, que s'acompanya d'una resposta proteica desplegada que indueix reaccions secundàries com la resposta inflamatòria, que reactiva JNK3. Una altra raó per predir que la mort de cèl·lules neuronals disminuirà al cervell dels pacients amb AD quan s'inhibeix la JNK3 és que la mort de les cèl·lules neuronals i el declivi cognitiu també es van reduir en un model de ratolí FAD knock-out de JNK3 [15] (vegeu la figura 2).
2. Estat de desenvolupament actual dels inhibidors de JNK
2.1. Inhibidors Pan-JNK
SP600125 (figura 3) és el primer inhibidor pan-JNK conegut amb valors IC50 de 90, 40 i 40 nM per a JNK3, JNK2 i JNK1, respectivament. Aquest compost va ser el primer inhibidor de JNK estudiat i s'ha ampliat la comprensió de la via de senyalització intracel·lular de JNK. Inicialment, es va desenvolupar utilitzant cèl·lules canceroses com a indicadors de la mort de cèl·lules apoptòtiques, però més tard, aquest compost va mostrar un efecte neuroprotector en models animals de PD induït per MPTP. També va reduir l'entrellat neurofibril·lar i les plaques A en models animals d'AD [16–18]. La potència i la selectivitat de SP600125 no van conduir al desenvolupament de fàrmacs, però és un compost que ha fet que molts científics considerin JNK un objectiu de fàrmac atractiu.
AS602801 (figura 3) és un inhibidor de pan-JNK actiu per via oral. Es mostren valors IC50 de 230, 90 i 80 nM per a JNK3, JNK2 i JNK1, respectivament. Va demostrar un efecte significatiu sobre l'endometriosi quan es va utilitzar en teràpia combinada amb hormones o com a monoteràpia en models de babuïns i rosegadors. Tot i que AS602801 no és un inhibidor selectiu, hi va haver un intent d'orientar malalties relacionades amb el sistema immunitari amb el tractament AS602801, a diferència de SP600125. Aquest compost va entrar en assaigs clínics de fase II el 2012 amb l'endometriosi com a indicació [19,20].
Tanzisertib (figura 3) és el tercer inhibidor de pan-JNK actiu per via oral, amb valors IC50 de 6, 7 i 61 nM per a JNK3, JNK2 i JNK1, respectivament. Es va demostrar que Tanzisertib era eficaç en experiments amb animals utilitzant un model de fibrosi pulmonar induïda per bleomicina com a malaltia objectiu per a la fibrosi pulmonar idiopàtica. Els experiments també han demostrat que redueix la producció de TNF- en un model PK-PD de producció de TNF induït per LPS de rata aguda. Va entrar en assaigs clínics de fase II amb fibrosi pulmonar idiopàtica com a indicació, però els assaigs s'han aturat per motius desconeguts [21].
2.2. Inhibidors selectius de JNK
El compost 1 (figura 4) és un inhibidor selectiu de JNK3 amb nivells d'activitat de<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].
El compost 3 (figura 4) es va descobrir mitjançant un cribratge virtual basat en estructura multietapa. Presenta una IC50 de 40 nM per a JNK3 i una selectivitat d'isoformes 2500-plegades sobre JNK1 i JNK2, així com un bon perfil de selectivitat per a 398 quinases. També presenta una major activitat neuroprotectora contra la toxicitat cel·lular induïda per A a les cèl·lules SH-SY5Y en comparació amb LiCl, que és un agent terapèutic potencial per a l'AD in vitro. Els estudis en animals amb ratolins van revelar un augment de les capacitats d'aprenentatge i memòria i els estudis dels mecanismes subjacents van revelar que aquest compost pot reduir significativament la difusió de les plaques fibril·lars A mitjançant la inhibició de JNK després de la reducció de la fosforilació de les proteïnes APP i tau a l'escorça i l'hipocamp. [24].
El compost 4 (figura 4) és un inhibidor selectiu de JNK2- i JNK3- amb valors d'IC50 de 16 nM per a JNK3, 97 nM per a JNK2 i 420 nM per a JNK1. No es va aconseguir la selectivitat de la isoforme JNK2, però el compost va mostrar una alta selectivitat sobre altres famílies MAPK i isoformes JNK1. Com a inhibidor de JNK3 per a la terapèutica de malalties neurodegeneratives, aquest compost mostrava una permeabilitat BBB favorable [25].
3. Anàlisi de perspectiva estructural del lloc actiu de JNK
3.1. Superposició d'estructures de cristall JNK1, JNK2 i JNK3
Per comparar les estructures de JNK1 i JNK3, el compost 3 es va acoblar a JNK3 (ID del Banc de dades de proteïnes (PDB): 4WHZ). L'indolina-2-un component es troba a la regió de la frontissa i interacciona amb l'hidrogen de NH i l'oxigen de carbonil a la columna vertebral de Met149. El nitrogen de la tiazol-4-una forma un enllaç d'hidrogen amb Lys93 a través del pont d'aigua, i el grup 2-cloro-fenil està enterrat a la butxaca hidròfoba formada per Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146, i Leu206, que es troba a la part posterior del lloc actiu més enllà del residu del porter Met146. Met146 interacciona amb un anell aromàtic (al compost 3, el grup 2-cloro-fenil) a JNK3.
Quan la posició acoblada del compost 3 amb JNK3 es va sobreposar a les estructures cristal·lines de JNK1 (ID del PDB: 3PZE, 2XRW, 4QTD, 3ELJ, 4AWI i 4L7F) (Figura 5), semblava que tots els residus de Met108 a les estructures JNK1 observades podria entrar en conflicte amb el grup 2-cloro-fenil que ocupa la butxaca de selectivitat, en contrast amb la metionina146 de JNK3 [26]. Aquest conflicte de metionina podria explicar la selectivitat del compost 3 per a JNK3 sobre JNK1.
Per determinar com actua la metionina 108 del residu del porter al lloc actiu de JNK2, la posició atracada del compost 3 es va superposar a tres estructures de cristall publicades de JNK2 (ID de PDB: 3E7O, 7CML i 3NPC) (Figura 6). Tot i que el Met108 a 3E7O entra en conflicte amb el grup 2-cloro-fenil que ocupa la butxaca de selectivitat, el Met108 de 7CML i 3NPC interacciona amb el grup 2-cloro-fenil mitjançant interaccions sofre-pi, similar a Met146 a 3E7O. el lloc actiu de JNK3 [32]. O les dues estructures que formen interaccions sofre-pi són holoenzims sense lligands cocristal·litzats, o els lligands cocristal·litzats ja tenen anells aromàtics que ocupen la butxaca de selectivitat. A l'estructura cristal·lina del compost 4, que només té selectivitat d'isoformes per a JNK1, la part de naftalè té una interacció sofre-pi amb el residu Met146 de JNK3 i l'IC50 de JNK2 és de 97 nM, que és un nivell d'activitat raonable. En el cas d'alisertib, tenint en compte l'estructura cristal·lina d'alisertib a JNK3 (no mostrada), el grup trifluorofenil ocupa la butxaca de selectivitat i interacciona amb Met146, però l'activitat de JNK2 és gairebé la mateixa que la de JNK3. Combinant aquestes observacions, vam concloure que el compost 4 indueix que el residu del porter Met108 de JNK2 es mogui prou per formar una butxaca hidròfoba similar a la de JNK3.
El comportament del residu del porter Metionina146 al lloc actiu de JNK3 es va observar mitjançant el mateix mètode descrit anteriorment (figura 7). Els grups Met146 de les quatre estructures cristal·lines de JNK3 (PDB ID: 4WHZ, 4W4W, 3OY1, 7KSI) presenten interaccions sofre-pi amb els grups 2-cloro-fenil, excloent dues estructures cristal·lines (PDB ID: 6EMH, 6EQ9). ) en què els lligands cocristal·litzats no ocupen la butxaca hidrofòbica [26-32]. El moviment induït per compostos de residus de metionina a l'estructura JNK2 i la formació d'una butxaca hidrofòbica són més freqüents a les estructures JNK3. Aquesta tendència podria explicar la selectivitat isoforme dels JNK. Cap dels residus de Met108 de les estructures de cristall observades de JNK1 es mou prou per formar una butxaca hidròfoba, però a les estructures de cristall de JNK2 i JNK3, els residus de metionina es mouen prou per crear butxaques hidròfobes amb els inhibidors. Per tant, la selectivitat per a JNK1 es pot aconseguir mitjançant l'ocupació hidròfoba de la butxaca, però la selectivitat de JNK2 requereix una explicació addicional.
3.2. Diferents residus entre JNK1 i JNK3
Per investigar els residus que comprenen el lloc actiu de JNK3, vam observar les seqüències de residus 45 a 400 de JNK3 i vam trobar que el residu Leu144 existeix al lloc actiu com a element a la butxaca de selectivitat. El Leu144 forma interaccions hidrofòbiques amb l'anell de naftalè del compost 4 a l'estructura cristal·lina de JNK3 (PDB ID: 3OY1) (Figura 8a). Tanmateix, quan l'estructura cristal·lina de JNK1 (PDB ID: 3PZE) es superposa al lligand cocristal·litzat de 3OY1 (figura 8b), Ile106 existeix en lloc del residu Leu144 a la mateixa ubicació i entra en conflicte amb l'anell de naftalè del compost 4. [37]. La distància entre Leu144 a l'estructura cristal·lina de JNK3 i l'anell de naftalè es manté a 3,53 Å, però Ile106 de l'estructura cristal·lina de JNK1 provoca un mal contacte amb l'anell de naftalè perquè està massa a prop a una distància de 2,26 Å. Com que JNK2 també té Leu144 a la mateixa ubicació que JNK3, podem concloure que ocupar la butxaca de selectivitat no és una condició absoluta per aconseguir la selectivitat per a JNK1 i JNK2.
4. Grups funcionals de cada compost que contribueixen a la selectivitat isoforme
Per determinar les pistes estructurals del compost inhibidor selectiu 1 en el mode d'unió, vam analitzar detalladament el complex de cocristall 1-JNK3 del compost (figura 9). Es formen un parell d'enllaços d'hidrogen a la regió de la frontissa Met149, el grup NH de la benzamida actua com a donant d'enllaços d'hidrogen i el 2-nitrogen de l'anell de pirazol actua com a acceptor d'enllaços d'hidrogen. Es forma un altre enllaç d'hidrogen entre el grup urea i Lys93 a través d'un pont d'aigua, i el grup 2-cloro-fenil es troba profundament a la butxaca hidrofòbica, formant una interacció sofre-pi amb el residu del porter Met146. La introducció de clorur ortosubstituït sembla ser important pel que fa a la selectivitat perquè canvia l'angle dels dos anells en termes de conformació i fa que el grup fenil encaixi a la butxaca de selectivitat [22]. La pirrolidina protonada a la zona d'exposició al dissolvent forma un enllaç d'hidrogen amb Asn89 a la part superior del lloc actiu. El compost 1 presenta una selectivitat 210-plegada per a JNK3 sobre JNK2, que és molt superior a la dels altres inhibidors selectius de JNK3 examinats. L'enllaç d'hidrogen entre la pirrolidina i l'Asn89 és l'explicació més raonable d'aquest fenomen.
Es va fer una observació similar per a l'estructura cocristallina composta 2-JNK3 (figura 10). El compost 2 també té dos enllaços d'hidrogen amb Met149 a la regió de la frontissa, formats pel grup NH de l'amida i el 2-nitrogen de l'anell de pirazol. Es va trobar un enllaç d'hidrogen addicional a la part d'urea amb Lys93 a través del pont d'aigua. El grup 2-clorofenil connectat amb urea va mostrar una interacció sofre-pi amb el residu del porter Met146 dins de la butxaca de selectivitat, i la substitució d'ortoclorur va fer que aquesta interacció fos més favorable. Totes aquestes interaccions eren molt similars a la relació del compost 1 amb JNK3. L'única diferència en comparació amb el mode d'unió del compost 1 va ser la pèrdua d'enllaços d'hidrogen en el component d'exposició al dissolvent, que sembla ser el motiu del canvi en l'activitat de JNK3 (des de<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.
Es va examinar el mode d'unió del compost 3 per explorar la justificació del compost 3 que presentava una selectivitat 2500-plegada sobre JNK2 (figura 11). No estava disponible una estructura co-cristal per al compost 3 i vam controlar el mode d'enllaç mitjançant simulacions d'acoblament. Com es mostra a la figura 5, l'indolina-2-un component es troba a la regió de la frontissa, on hi ha dos enllaços d'hidrogen amb Met149, un enllaç d'hidrogen amb Lys93 a través del pont d'aigua i la interacció hidròfoba del {{11} }}grup cloro-fenil [24]. A més d'aquestes interaccions, hem trobat que el 5-fluor de la indolina-2-un interacciona estretament amb els residus Asn152 i Gln155 (distàncies de 4,69 Å i 3,41 Å, respectivament) mitjançant l'enllaç F. Aquestes interaccions són clares en funció de les diferències d'activitat amb i sense substitució de fluor. A més, la cadena lateral d'Asn152 presenta una interacció dipol amb el grup carbonil de tiazol-4-one. Tant l'enllaç F com les interaccions dipols podrien explicar l'alta selectivitat del compost 3 per a JNK2.
En contrast amb la selectivitat del compost 3, vam examinar la baixa selectivitat del compost 4 per identificar el seu mode d'unió (figura 12). Té dos enllaços d'hidrogen a la regió de la frontissa, i el grup carbonil del triazol-3-un forma directament un enllaç d'hidrogen amb Lys93, a diferència dels compostos anteriors. L'anell de naftalè entra a la butxaca de selectivitat per formar interaccions hidròfobes i sofre-pi amb els residus descrits anteriorment [25]. Tot i que el grup ciclohexà es va substituir en el component d'exposició al dissolvent, no es van observar interaccions addicionals. En conclusió, els compostos amb selectivitat per a JNK2 presenten habitualment interaccions addicionals en forma d'enllaços d'hidrogen, enllaços F o interaccions dipols en l'exposició a dissolvents.
5. Conclusions
Les malalties neurodegeneratives com la MA s'estan convertint en problemes socials cada cop més crítics a causa de l'envelliment ràpid de la població mundial. La MA és una malaltia amb enormes necessitats terapèutiques no cobertes que requereixen noves dianes moleculars terapèutiques. Pel que fa a noves dianes terapèutiques, hem investigat la c-Jun N-terminal-quinasa 3, que és una proteïna quinasa fonamental en el procés apoptòtic neuronal. JNK té un paper important en el procés apoptòtic al terminal de la via MAPK, i la isoforma JNK3 s'expressa principalment al cervell. Per tant, es considera un objectiu per a malalties neurodegeneratives, en les quals l'apoptosi neuronal és un esdeveniment clau. A més, com que JNK3 apareix repetidament en diverses vies patològiques de la MA, el vam considerar un objectiu prometedor per superar aquesta malaltia.
Per tant, es va reunir una llista completa d'inhibidors pan-JNK actuals i inhibidors selectius de JNK3 i es van examinar els seus modes d'unió. Els inhibidors selectius de JNK3 solen ocupar una regió hidrofòbica (Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146 i Leu206) anomenada butxaca de selectivitat introduint un anell aromàtic a l'inhibidor de JNK3 perquè pugui entrar a la butxaca hidròfoba profundament al lloc actiu de JNK3. . La selectivitat per a la isoforma JNK1 es va aconseguir permetent interaccions hidrofòbiques i interaccions sofre-pi. Es van seleccionar sis estructures de cristall JNK1, tres JNK2 i sis JNK3 segons les seves resolucions per comparar els moviments induïts per lligands dels residus Met del porter. En cadascun dels sis co-cristalls de JNK1, la metionina va xocar amb l'anell aromàtic de l'inhibidor selectiu de JNK3 i cap dels lligands cocristal·litzats va poder cabre a la butxaca hidròfoba. La col·lisió de la metionina del porter amb l'anell aromàtic també es va observar al co-cristall de JNK2, però si el lligand cocristal·litzat ocupa la regió hidròfoba, aleshores la metionina de JNK2 és induïda pel lligand i es pot formar una butxaca.
Entre les sis estructures de cocristall inhibidor-JNK3 observades, hi va haver més casos amb lligands que ocupaven la butxaca hidrofòbica que regeix aquesta selectivitat. Quatre lligands cocristal·litzats ocupaven la butxaca hidrofòbica i dos no ocupaven la butxaca hidrofòbica. Tot i que es van observar diferents nivells d'ocupació segons les formes dels quatre lligands, totes les metionines formaven una butxaca hidròfoba.
Com a explicació suplementària dels residus que comprenen la butxaca hidròfoba profunda al lloc actiu, hi ha una diferència entre el Leu de JNK3 i el Ile de JNK1. A diferència del Leu relativament curt, el residu Ile de JNK1 impedeix que els anells aromàtics mitjans a grans entrin a la butxaca hidrofòbica.
Com que el residu de leucina es troba a la butxaca hidròfoba de JNK2 i JNK3, l'anell aromàtic de la regió hidrofòbica no té cap impacte significatiu en la selectivitat sobre JNK2. Segons aquests resultats, es pot veure que es necessiten elements addicionals per obtenir la selectivitat de les isoformes per a JNK2, i es pot entendre que encara no hi ha molts inhibidors que hagin superat aquest obstacle.
Pel que fa a les estructures d'inhibidors selectius de JNK3 que també són selectius per a JNK2, es va observar que tots presentaven una unió addicional a la part exposada al dissolvent. Un inhibidor selectiu de JNK3, és a dir, el compost 1 (figura 9), forma un enllaç H entre la pirrolidina protonada i Asn89, i un altre inhibidor selectiu de JNK3, és a dir, el compost 3, també forma un enllaç F entre el fluor substituït a la indolina{{11} }}un grup i Asn152/Gln155. Tots aquests enllaços són interaccions addicionals a l'àrea d'exposició al dissolvent. A més, el grup carbonil del tiazol-4-un del compost 3 estava a prop del residu Asn152, que es va predir com una interacció dipol.
Un cop aconseguida la selectivitat de les isoformes, encara queden molts obstacles per superar. En primer lloc, a causa de les similituds de les butxaques d'unió a l'ATP a les quals es dirigeixen la majoria dels inhibidors de la proteïna cinasa, s'hauria d'obtenir preferentment una selectivitat general sobre una proteïna kinoma diferent de JNK1/2. En segon lloc, es requerirà una alta potència perquè la concentració corporal de terapèutica ha de competir amb l'ATP, que està present en el rang mil·limolar a les cèl·lules. En tercer lloc, caldrà la penetració del BBB sense generar efectes secundaris importants, que és el repte més difícil ja que l'AD, la malaltia que estem intentant conquerir, és una malaltia crònica i es requereixen terapèutiques per al tractament a llarg termini. Per tant, en indicacions amb un període de dosificació tan llarg, un ampli perfil de seguretat esdevé un tema molt important. Tot i que el desenvolupament d'inhibidors de JNK3 com a tractament per a la malaltia neurodegenerativa encara no ha tingut èxit, és evident que JNK3 és un objectiu terapèutic prometedor.
JNK3 està cridant cada cop més l'atenció com a objectiu terapèutic per a l'AD. Aquestes característiques s'han de tenir en compte en el disseny de nous inhibidors de JNK3, que podrien facilitar el desenvolupament d'inhibidors de JNK3 potents i selectius com a terapèutics per a la MA en breu.
Finançament:
Aquesta investigació va ser finançada per la National Research Foundation of Korea atorga NRF-2020R1A6A1A03042854 (Centre de Proteinopatia) i NRF-2021R1A2C2007159 (J.-M. Hah).
Declaració de la Junta de Revisió Institucional:
No aplicable.
Declaració de consentiment informat:
No aplicable.
Conflictes d'interès:
Els autors no tenen cap conflicte d'interessos per declarar.
Referències
1. Burnett, G.; Kennedy, EP La fosforilació enzimàtica de proteïnes. J. Biol. Chem. 1954, 211, 969–980. [Ref creuat]
2. Administració d'Aliments i Medicaments dels EUA. Disponible en línia: https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/compilationcder-new-molecular-entity-nme-drug-and-new-biologic-approvals (consultat el 14 de setembre de 2021).
3. Ficarro, SB; McClelland, ML; Stukenberg, PT; Burke, DJ; Ross, MM; Shabanowitz, J.; Hunt, DF; White, FM Anàlisi de fosfoproteoma per espectrometria de masses i la seva aplicació a Saccharomyces cerevisiae. Nat. Biotecnologia. 2002, 20, 301–305. [Ref creuat]
4. Cohen, P. La regulació de la funció de proteïnes per fosforilació multisite: una actualització de 25-any. Tendències Bioquímica. Ciència. 2000, 25, 596–601. [Ref creuat]
5. Roskoski, RJ Propietats dels inhibidors de proteïna cinasa de molècules petites aprovats per la FDA: actualització de 2021. Pharmacol. Res. 2021, 165, 105463. [CrossRef]
6. Muller, S.; Chaikuad, A.; Gray, NS; Knapp, S. Els pros i els contras del desenvolupament selectiu d'inhibidors de la cinasa. Nat. Chem. Biol. 2015, 11, 818–821. [Ref creuat]
7. Cohen, P.; Alessi, DR Descobriment de fàrmacs quinasa: què hi ha a continuació en el camp? ACS Chem. Biol. 2013, 8, 96–104. [Ref creuat]
8. Petit, DH; Cappai, R. Alois Alzheimer i malaltia d'Alzheimer: una perspectiva centenaria. 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. Càrrega global, regional i nacional de la malaltia d'Alzheimer i altres demències, 1990–2016: una anàlisi sistemàtica per a l'estudi de la càrrega global de la malaltia 2016. Lancet Neurol. 2019, 18, 88–106. [Ref creuat]
10. Derijard, B.; Hibi, M.; Wu, IH; Barrett, T.; Su, B.; Deng, T.; Karin, M.; Davis, RJ JNK1: una proteïna quinasa estimulada per la llum UV i Ha-Ras que s'uneix i fosforila el domini d'activació c-Jun. Cell 1994, 76, 1025–1037. [Ref creuat]
11. Johnson, GL; Nakamura, K. La via activada per l'estrès/quinasa c-jun: regulació, funció i paper en la malaltia humana. Biochim. Biofísica. Acta Mol. Res cel·lular 2007, 1773, 1341–1348. [CrossRef] [PubMed]
12. Okazawa, H.; Estus, S. La cascada JNK/c-Jun i la malaltia d'Alzheimer. Am. J. Alzheimer Dis. Un altre Dement. 2002, 17, 79–88. [Ref creuat]
13. Bruckner, SR; Tammariello, SP; Kuan, CY; Flavell, RA; Rakic, P.; Estus, S. JNK3 contribueix a l'activació de c-Jun i a l'apoptosi, però no a l'estrès oxidatiu en neurones simpàtiques privades del factor de creixement nerviós. J. Neurochem. 2001, 78, 298–303. [Ref creuat]
14. Gwinn, DM; Shackelford, DB; Egan, DF; Mihaylova, MM; Mery, A.; Vasquez, DS; turc, BE; Shaw, RJ La fosforilació AMPK de rapiny media un punt de control metabòlic. Mol. Cèl·lula 2008, 30, 214–226. [Ref creuat]
15. Yoon, SO; Park, DJ; Ryu, JC; Ozer, HG; Tep, C.; Shin, YJ; Lim, TH; Pastorino, L.; Kunwar, AJ; Walton, JC; et al. JNK3 perpetua l'estrès metabòlic induït pels pèptids A. Neuron 2012, 75, 824–837. [Ref creuat]
For more information:1950477648nn@gmail.com
