Perspektif Mengenai Pembangunan Inhibitor Kinase C-Jun N-terminal Sebagai Terapi Untuk Penyakit Alzheimer: Menyiasat Struktur Melalui Kajian Docking
Aug 18, 2023
Abstrak:
c-Jun N-terminal kinase (JNK) memainkan peranan penting dalam kematian sel yang disebabkan oleh pelbagai rangsangan. Oleh kerana isoform JNK3 terutamanya dinyatakan dalam otak, ia dipercayai memainkan peranan penting dalam pelbagai penyakit neurodegeneratif, termasuk penyakit Alzheimer (AD) dan penyakit Parkinson (PD), yang masih kekurangan terapeutik yang munasabah. Untuk membangunkan perencat JNK3 yang baru dan terpilih, kami menjalankan semakan dekad (2011 hingga 2021) artikel yang diterbitkan tentang perencat JNK, terutamanya yang memfokuskan pada perspektif struktur dan cerapan dok. Kami memerhatikan struktur tiga isoform JNK, iaitu holo-protein dan struktur bersama kristal, dengan perencat JNK3 dan meringkaskan aspek struktur penting perencat JNK3 terpilih sebagai terapeutik AD.
Penyakit Parkinson ialah penyakit degeneratif biasa pada sistem saraf, dan simptom utamanya termasuk gegaran, ketegaran, pergerakan perlahan, gangguan keseimbangan, dll. Walau bagaimanapun, masalah dengan fungsi ingatan yang berkaitan dengan gejala penyakit Parkinson semakin mendapat perhatian.
Kajian telah menunjukkan bahawa ingatan pesakit yang menghidap penyakit Parkinson terjejas dengan ketara apabila melakukan tugasan kognitif, dan sebahagian daripada mereka juga menunjukkan kemerosotan fungsi kognitif seperti kehilangan perhatian dan mengurangkan kepekaan kognitif. Walau bagaimanapun, ini tidak bermakna bahawa penghidap penyakit Parkinson tidak mempunyai ingatan yang baik.
Orang yang menghidap penyakit Parkinson boleh meningkatkan kemahiran ingatan mereka melalui latihan dan latihan yang berterusan, terutamanya dengan melakukan beberapa latihan dan latihan ingatan. Latihan ini boleh membantu penghidap penyakit Parkinson meningkatkan kebolehan kognitif mereka, membangunkan keyakinan diri yang lebih positif, meningkatkan kualiti hidup mereka dan meningkatkan harga diri mereka.
Antaranya, beberapa latihan ingatan mudah, termasuk banyak membaca, menulis, pengiraan matematik, melukis dan aktiviti lain, dapat meningkatkan keupayaan kognitif pesakit dengan penyakit Parkinson dengan berkesan dan menjadikan mereka menghadapi kehidupan dengan lebih positif dan yakin. Di samping itu, beberapa latihan ingatan termasuk ingatan lokasi, ingatan nombor, ingatan huruf, ingatan urutan acara, dan lain-lain juga sangat berkesan. Latihan ini membolehkan penghidap penyakit Parkinson menghadapi dan menangani pelbagai masalah dengan lebih baik, dan menyesuaikan diri dengan situasi kehidupan baharu mereka dengan lebih baik.
Secara keseluruhannya, walaupun penyakit Parkinson boleh menjejaskan perhatian dan keupayaan ingatan pesakit, latihan kognitif dan senaman yang sesuai boleh membantu pesakit meningkatkan fungsi kognitif mereka dan membantu mereka menyesuaikan diri dengan status kehidupan baharu mereka dengan lebih baik. Oleh itu, pesakit Parkinson tidak perlu takut dengan masalah ingatan, selagi mereka menghadapi kehidupan dengan sikap positif dan positif, mereka pasti akan mempunyai kehidupan yang bahagia dan aktif. Dapat dilihat bahawa kita perlu meningkatkan daya ingatan. Cistanche boleh meningkatkan daya ingatan dengan ketara kerana pes daging adalah bahan perubatan tradisional Cina dengan banyak kesan unik, salah satunya adalah untuk meningkatkan daya ingatan. Keberkesanan daging cincang berasal dari pelbagai bahan aktif, termasuk asid karboksilik, polisakarida, flavonoid dan lain-lain. Bahan-bahan ini boleh menggalakkan kesihatan otak melalui pelbagai saluran.
Klik tahu cara untuk meningkatkan fungsi otak
Kata kunci:
Penyakit Alzheimer; c-Jun N-terminal kinase; perencat kinase protein molekul kecil; JNK3; selektiviti.
1. Pengenalan
Kinase protein ditemui lebih daripada 65 tahun yang lalu, tetapi mereka telah menjadi sasaran terapeutik selama kurang daripada 30 tahun [1,2]. Penglibatan kinase protein dalam banyak penyakit telah ditubuhkan berdasarkan sejumlah besar kajian, dan kinase tersebut telah lama menjadi kumpulan sasaran molekul yang menjanjikan. Terdapat 518 kinase protein yang diketahui dikodkan dalam genom manusia, dan kinase protein memfosforilasi kira-kira satu pertiga daripada semua protein [3,4]. Ramai penyelidik dalam syarikat farmaseutikal dan akademia telah bekerja keras dalam bidang ini, dan sebagai hasilnya, 67 ubat perencat kinase molekul kecil telah diluluskan oleh FDA AS pada 2021 [5].
Gleevec, rawatan yang mantap untuk leukemia myeloid kronik, telah dilancarkan pada tahun 2001 selepas dibangunkan oleh Novartis, memulakan era perencat protein kinase. Rawatan ini masih memperluaskan rangkaian aplikasinya. Berikutan itu, sembilan perencat kinase protein molekul kecil telah diluluskan oleh FDA AS pada tahun 2011, dan mereka secara eksklusif menyasarkan penyakit proliferatif seperti kanser. Begitu juga, kebanyakan perencat kinase protein yang diluluskan setakat ini digunakan dalam onkologi. Walau bagaimanapun, kinase protein juga terlibat dalam banyak penyakit lain, termasuk penyakit radang, imunologi, dan kardiovaskular, serta gangguan sistem saraf pusat (CNS) seperti penyakit Alzheimer (AD) dan penyakit Parkinson (PD) [6]. Pada tahun 2011, ruxolitinib, yang merupakan perencat JAK1 dan JAK2, telah diluluskan sebagai agen terapeutik untuk myelofibrosis. Seiring dengan kelulusan ini, penyelidikan dalam bidang perencat kinase bukan onkologi menjadi semakin aktif [7]. Terdapat sebanyak 10 ubat yang menyasarkan penyakit di luar onkologi antara 67 perencat kinase protein yang diluluskan oleh FDA, tetapi belum ada ubat perencat kinase protein untuk gangguan CNS.
AD ditemui pada tahun 1906, dan pemeriksaan bedah siasat memerhatikan dua biomarker yang jelas, iaitu tau kusut dan plak amiloid beta (A), tetapi sehingga 2021, sasaran terapeutik yang jelas masih belum dikenal pasti. Dengan penuaan pesat penduduk global, penyakit neurodegeneratif seperti AD telah menjadi isu sosial utama dan mempunyai kesan yang besar bukan sahaja kepada pesakit tetapi juga kepada individu lain di sekeliling pesakit [8,9]. Oleh kerana perencat kinase protein molekul kecil digunakan untuk pelbagai jenis penyakit, sasaran molekul telah menarik perhatian penting dalam bidang gangguan CNS. Daripada banyak kinase protein CNS yang berpotensi, kami memilih c-Jun N-terminal kinase (JNK), ahli keluarga kinase protein yang diaktifkan mitogen. JNK memfosforilasi pelbagai faktor transkripsi berkaitan apoptosis, termasuk c-Jun, ATF, APP, dan tau, dan mendorong apoptosis selular [10].
JNK bertindak balas terhadap pelbagai rangsangan seperti sitokin, neurotoksin, tekanan oksidatif dan asid lemak. Apabila rangsangan mula-mula sampai ke membran sel, isyarat dipindahkan ke kinase protein diaktifkan mitogen (MAPKKK), MAPKK4, dan MAPKK7 melalui fosforilasi. Seterusnya, MAPKK4 dan MAPKK7 memfosforilasi JNK yang diaktifkan di dua tapak berbeza, dan JNK terfosforilasi kemudian memfosforilasi terminal-N c-Jun untuk mendorong isyarat apoptosis [11]. Selain itu, JNK secara langsung memfosforilasi protein apoptosis seperti BIM dan BMF dan mengaktifkannya untuk mengaktifkan caspases [12]. Secara keseluruhannya, JNK banyak terlibat dalam proses fisiologi apoptosis. Terdapat tiga gen JNK manusia yang berbeza, iaitu jnk1, jnk2, dan jnk3 yang mengekodkan 10 splices berbeza bagi varian JNK (4 JNK1/2 homozigot dan 2 JNK3 homologous), yang mana JNK1 dan JNK2 adalah yang paling banyak dinyatakan (Rajah 1).
Tidak seperti JNK1 dan JNK2, JNK3 kebanyakannya dinyatakan dalam otak, dan hanya sebahagian kecil yang dinyatakan dalam hati dan testis. JNK3 telah dianggap sebagai sasaran terapeutik yang berpotensi untuk penyakit neurodegeneratif yang berkaitan dengan kematian sel neuron. Apabila c-Jun difosforilasi oleh JNK3, ia juga memudahkan kematangan kusut tau. Selain itu, JNK3 diketahui memfosforilasi protein tau secara langsung, yang membawa kepada pembentukan kusut tau.
Satu lagi biomarker patologi AD, iaitu beta amyloid, juga berkaitan dengan JNK3. JNK3 memfosforilasi protein prekursor amiloid (APP) pada T688, menyebabkan endositosis APP, yang diketahui sebagai langkah paling penting dalam keseluruhan proses pembentukan amiloid-beta [13].
Mekanisme yang mendasari Apoptosis yang disebabkan oleh plak masih tidak jelas. Plak mendorong fosforilasi kinase protein diaktifkan AMP (AMPK), dan memfosforilasi AMPK AMPK TSC2 dan Raptor pada S1387 dan S792. Proses ini menghalang laluan mTOR dan sistem penyelamat sel perwakilan dan mendorong blok translasi yang menghalang ekspresi protein [14]. Fenomena ini mendorong tekanan retikulum endoplasma oksidatif yang meluas, yang disertai dengan tindak balas protein yang tidak dilipat yang mendorong tindak balas sekunder seperti tindak balas keradangan, yang mengaktifkan semula JNK3. Satu lagi rasional untuk meramalkan bahawa kematian sel neuron akan berkurangan dalam otak pesakit AD apabila JNK3 dihalang ialah kematian sel neuron dan penurunan kognitif juga dikurangkan dalam model tetikus FAD kalah mati JNK3 [15] (lihat Rajah 2).
2. Status Perkembangan Terkini JNK Inhibitors
2.1. Perencat Pan-JNK
SP600125 (Rajah 3) ialah perencat pan-JNK pertama yang diketahui dengan nilai IC50 masing-masing 90, 40 dan 40 nM untuk JNK3, JNK2 dan JNK1. Kompaun ini merupakan perencat JNK pertama yang dikaji, dan pemahaman tentang laluan isyarat intraselular JNK telah diperluaskan. Pada mulanya, ia dibangunkan menggunakan sel kanser sebagai penunjuk kematian sel apoptosis, tetapi kemudiannya, sebatian ini mempamerkan kesan neuroprotektif dalam model haiwan PD yang disebabkan oleh MPTP. Ia juga mengurangkan kekusutan neurofibrillary dan plak A dalam model haiwan AD [16-18]. Potensi dan selektiviti SP600125 tidak membawa kepada pembangunan dadah, tetapi ia adalah sebatian yang telah membuatkan ramai saintis menganggap JNK sebagai sasaran dadah yang menarik.
AS602801 (Rajah 3) ialah perencat pan-JNK aktif secara lisan. Nilai IC50 230, 90, dan 80 nM dipamerkan untuk JNK3, JNK2 dan JNK1, masing-masing. Ia menunjukkan kesan ketara pada endometriosis apabila ia digunakan dalam terapi kombinasi dengan hormon atau sebagai monoterapi dalam model babun dan tikus. Walaupun AS602801 bukan perencat terpilih, terdapat percubaan untuk menyasarkan penyakit berkaitan imun dengan rawatan AS602801, tidak seperti SP600125. Kompaun ini memasuki ujian klinikal fasa II pada tahun 2012 dengan endometriosis sebagai petunjuk [19,20].
Tanzisertib (Rajah 3) ialah perencat pan-JNK aktif secara lisan ketiga, dengan nilai IC50 masing-masing 6, 7, dan 61 nM untuk JNK3, JNK2 dan JNK1. Tanzisertib terbukti berkesan dalam eksperimen haiwan menggunakan model fibrosis pulmonari yang disebabkan oleh bleomycin sebagai penyakit sasaran untuk fibrosis pulmonari idiopatik. Eksperimen juga telah menunjukkan bahawa ia mengurangkan pengeluaran TNF- dalam model PK-PD pengeluaran TNF yang disebabkan oleh LPS tikus akut. Ia memasuki ujian klinikal fasa II dengan fibrosis pulmonari idiopatik sebagai petunjuk, tetapi ujian telah dihentikan atas sebab yang tidak diketahui [21].
2.2. Perencat JNK terpilih
Kompaun 1 (Rajah 4) ialah perencat JNK3 terpilih dengan tahap aktiviti<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].
Kompaun 3 (Rajah 4) ditemui melalui saringan maya berasaskan struktur berbilang peringkat. Ia mempamerkan IC50 40 nM untuk JNK3 dan 2500-lipatan isoform selektiviti ke atas JNK1 dan JNK2, serta profil selektiviti yang baik untuk 398 kinase. Ia juga mempamerkan aktiviti neuroprotektif yang lebih besar terhadap ketoksikan selular yang disebabkan oleh A dalam sel SH-SY5Y berbanding LiCl, yang merupakan agen terapeutik yang berpotensi untuk AD in vitro. Kajian haiwan menggunakan tikus mendedahkan peningkatan kebolehan pembelajaran dan ingatan dan kajian tentang mekanisme asas mendedahkan bahawa sebatian ini dapat mengurangkan dengan ketara resapan plak fibrillar A melalui perencatan JNK berikutan pengurangan fosforilasi protein APP dan tau dalam korteks dan hippocampus. [24].
Kompaun 4 (Rajah 4) ialah perencat terpilih JNK2- dan JNK3-dengan nilai IC50 16 nM untuk JNK3, 97 nM untuk JNK2 dan 420 nM untuk JNK1. Selektif isoform JNK2 tidak tercapai, tetapi sebatian itu menunjukkan selektiviti tinggi berbanding keluarga MAPK lain dan isoform JNK1. Sebagai perencat JNK3 untuk terapeutik penyakit neurodegeneratif, sebatian ini menunjukkan kebolehtelapan BBB yang menggalakkan [25].
3. Analisis Perspektif Struktur Tapak Aktif JNK
3.1. Penipisan Struktur Kristal JNK1, JNK2 dan JNK3
Untuk membandingkan struktur JNK1 dan JNK3, kompaun 3 dilabuhkan ke dalam JNK3 (ID Bank Data Protein (PDB): 4WHZ). Indolin-2-satu komponen terletak di kawasan engsel dan berinteraksi dengan hidrogen NH dan oksigen karbonil dalam tulang belakang Met149. Nitrogen thiazol-4-satu membentuk ikatan hidrogen dengan Lys93 melalui jambatan air, dan 2-kumpulan kloro-fenil tertimbus dalam poket hidrofobik yang terdiri daripada Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146, dan Leu206, yang terletak di bahagian belakang tapak aktif di luar sisa penjaga pintu Met146. Met146 berinteraksi dengan gelang aromatik (dalam sebatian 3, 2-kumpulan klorofenil) dalam JNK3.
Apabila pose berlabuh kompaun 3 dengan JNK3 ditumpangkan pada struktur kristal JNK1 (PDB ID: 3PZE, 2XRW, 4QTD, 3ELJ, 4AWI dan 4L7F) (Rajah 5), nampaknya setiap residu Met108 dalam struktur JNK1 yang diperhatikan boleh bercanggah dengan 2-kumpulan kloro-fenil yang menduduki poket selektiviti, berbeza dengan metionin146 JNK3 [26]. Konflik metionin ini boleh menjelaskan selektiviti kompaun 3 untuk JNK3 berbanding JNK1.
Untuk menentukan bagaimana residu penjaga pintu methionine108 bertindak di tapak aktif JNK2, pose berlabuh kompaun 3 telah ditumpangkan pada tiga struktur kristal JNK2 yang diterbitkan (ID PDB: 3E7O, 7CML, dan 3NPC) (Rajah 6). Walaupun Met108 dalam 3E7O bercanggah dengan 2-kumpulan kloro-fenil yang menduduki poket selektiviti, Met108 daripada 7CML dan 3NPC berinteraksi dengan 2-kumpulan kloro-fenil melalui interaksi sulfur–pi, serupa dengan Met146 dalam tapak aktif JNK3 [32]. Sama ada dua struktur yang membentuk interaksi sulfur-pi ialah holoenzim tanpa ligan terhablur bersama, atau ligan terhablur bersama sudah mempunyai cincin aromatik yang menduduki poket selektiviti. Dalam struktur kristal sebatian 4, yang mempunyai selektiviti isoform hanya untuk JNK1, bahagian naftalena mempunyai interaksi sulfur-pi dengan residu Met146 JNK3 dan IC50 JNK2 ialah 97 nM, yang merupakan tahap aktiviti yang munasabah. Dalam kes alisertib, memandangkan struktur kristal alisertib pada JNK3 (tidak ditunjukkan), kumpulan tri fluorofenil menduduki poket selektiviti dan berinteraksi dengan Met146, tetapi aktiviti JNK2 hampir sama dengan JNK3. Dengan menggabungkan pemerhatian ini, kami membuat kesimpulan bahawa kompaun 4 mendorong residu penjaga pintu Met108 JNK2 untuk bergerak secukupnya untuk membentuk poket hidrofobik yang serupa dengan JNK3.
Tingkah laku residu penjaga pintu Methionine146 di tapak aktif JNK3 diperhatikan menggunakan kaedah yang sama yang diterangkan di atas (Rajah 7). Kumpulan Met146 dalam empat struktur kristal JNK3 (PDB ID: 4WHZ, 4W4W, 3OY1, 7KSI) mempamerkan interaksi sulfur–pi dengan 2-kumpulan kloro-fenil, tidak termasuk dua struktur kristal (PDB ID: 6EMH, 6EQ9 ) di mana ligan terhablur bersama tidak menduduki poket hidrofobik [26–32]. Pergerakan sisa metionin akibat kompaun dalam struktur JNK2 dan pembentukan poket hidrofobik adalah lebih biasa dalam struktur JNK3. Kecenderungan ini boleh menjelaskan selektiviti isoform JNK. Tiada sisa Met108 dalam struktur kristal yang diperhatikan JNK1 bergerak secukupnya untuk membentuk poket hidrofobik, tetapi dalam struktur kristal JNK2 dan JNK3, sisa metionin bergerak secukupnya untuk mencipta poket hidrofobik dengan perencat. Oleh itu, selektiviti untuk JNK1 boleh dicapai melalui penghunian poket hidrofobik, tetapi selektiviti JNK2 memerlukan penjelasan tambahan.
3.2. Sisa Berbeza antara JNK1 dan JNK3
Untuk menyiasat sisa yang terdiri daripada tapak aktif JNK3, kami memerhati urutan sisa 45 hingga 400 JNK3 dan mendapati bahawa residu Leu144 wujud dalam tapak aktif sebagai elemen dalam poket selektiviti. Leu144 membentuk interaksi hidrofobik dengan cincin naftalena sebatian 4 dalam struktur kristal JNK3 (ID PDB: 3OY1) (Rajah 8a). Walau bagaimanapun, apabila struktur kristal JNK1 (PDB ID: 3PZE) ditumpangkan pada ligan penghabluran bersama 3OY1 (Rajah 8b), Ile106 wujud sebagai pengganti residu Leu144 di lokasi yang sama dan bercanggah dengan cincin naftalena sebatian 4 [37]. Jarak antara Leu144 dalam struktur kristal JNK3 dan cincin naftalena dikekalkan pada 3.53 Å, tetapi Ile106 dari struktur kristal JNK1 menyebabkan sentuhan buruk dengan cincin naftalena kerana ia terlalu dekat pada jarak 2.26 Å. Oleh kerana JNK2 juga mempunyai Leu144 di lokasi yang sama dengan JNK3, kita boleh membuat kesimpulan bahawa menduduki poket selektiviti bukanlah syarat mutlak untuk mencapai selektiviti untuk JNK1 dan JNK2.
4. Kumpulan Berfungsi dalam Setiap Kompaun yang Menyumbang kepada Selektif Isoform
Untuk menentukan petunjuk struktur bagi kompaun perencat terpilih 1 dalam mod pengikatan, kami menganalisis kompaun 1-kompleks kristal bersama JNK3 secara terperinci (Rajah 9). Sepasang ikatan hidrogen terbentuk di kawasan engsel Met149, kumpulan NH benzamide bertindak sebagai penderma ikatan hidrogen, dan 2-nitrogen dalam cincin pirazol bertindak sebagai penerima ikatan hidrogen. Satu lagi ikatan hidrogen terbentuk antara kumpulan urea dan Lys93 melalui jambatan air, dan 2-kumpulan kloro-fenil terletak jauh di dalam poket hidrofobik, membentuk interaksi sulfur-pi dengan residu penjaga pintu Met146. Pengenalan klorida diganti orto nampaknya penting dari segi selektiviti kerana ia mengubah sudut dua gelang dari segi konformasi dan menyebabkan kumpulan fenil masuk ke dalam poket selektiviti [22]. Pirrolidine terprotonasi dalam kawasan pendedahan pelarut membentuk ikatan hidrogen dengan Asn89 di bahagian atas tapak aktif. Kompaun 1 mempamerkan 210-selektiviti kali ganda untuk JNK3 berbanding JNK2, yang jauh lebih tinggi daripada perencat JNK3 terpilih lain yang diperiksa. Ikatan hidrogen antara pyrrolidine dan Asn89 adalah penjelasan yang paling munasabah untuk fenomena ini.
Pemerhatian yang serupa telah dibuat untuk kompaun 2-struktur bersama kristal JNK3 (Rajah 10). Sebatian 2 juga mempunyai dua ikatan hidrogen dengan Met149 di kawasan engsel, dibentuk oleh kumpulan NH daripada amida dan 2-nitrogen cincin pirazol. Ikatan hidrogen tambahan ditemui dalam bahagian urea dengan Lys93 melalui jambatan air. Kumpulan kloro fenil 2-urea yang disambungkan mempamerkan interaksi sulfur-pi dengan residu penjaga pintu Met146 dalam poket selektiviti, dan penggantian orto klorida menjadikan interaksi ini lebih baik. Kesemua interaksi ini sangat serupa dengan hubungan kompaun 1 dengan JNK3. Satu-satunya perbezaan berbanding mod pengikatan kompaun 1 ialah kehilangan ikatan hidrogen dalam komponen pendedahan pelarut, yang nampaknya menjadi sebab perubahan dalam aktiviti JNK3 (daripada<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.
Mod pengikatan kompaun 3 telah diperiksa untuk meneroka rasional bagi kompaun 3 yang mempamerkan 2500-selektiviti kali ganda ke atas JNK2 (Rajah 11). Struktur kristal bersama tidak tersedia untuk kompaun 3, dan kami memantau mod pengikatan melalui simulasi dok. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5, indolin-2-satu komponen terletak di kawasan engsel, di mana terdapat dua ikatan hidrogen dengan Met149, satu ikatan hidrogen dengan Lys93 melalui jambatan air dan interaksi hidrofobik {{11 }}kumpulan kloro-fenil [24]. Selain interaksi ini, kami mendapati bahawa 5-fluorin indolin-2-berinteraksi rapat dengan sisa Asn152 dan Gln155 (masing-masing jarak 4.69 Å dan 3.41 Å) melalui ikatan-F. Interaksi ini jelas berdasarkan perbezaan aktiviti dengan dan tanpa penggantian fluorin. Selain itu, rantai sisi Asn152 mempamerkan interaksi dipol dengan kumpulan karbonil thiazol-4-satu. Kedua-dua ikatan F dan interaksi dipol boleh menerangkan selektiviti tinggi sebatian 3 untuk JNK2.
Berbeza dengan selektiviti sebatian 3, kami meneliti selektiviti rendah sebatian 4 untuk mengenal pasti mod pengikatannya (Rajah 12). Ia mempunyai dua ikatan hidrogen di kawasan engsel, dan kumpulan karbonil triazol-3-satu secara langsung membentuk ikatan hidrogen dengan Lys93, tidak seperti dalam sebatian sebelumnya. Cincin naftalena memasuki poket selektiviti untuk membentuk interaksi hidrofobik dan sulfur-pi dengan residu yang diterangkan di atas [25]. Walaupun kumpulan sikloheksana telah digantikan dalam komponen pendedahan pelarut, tiada interaksi tambahan diperhatikan. Kesimpulannya, sebatian dengan selektiviti untuk JNK2 biasanya mempamerkan interaksi tambahan dalam bentuk sama ada ikatan hidrogen, Fbon, atau interaksi dipol dalam pendedahan pelarut.
5. Kesimpulan
Penyakit neurodegeneratif seperti AD menjadi masalah sosial yang semakin kritikal berdasarkan populasi global yang semakin menua. AD ialah penyakit dengan keperluan terapeutik besar yang tidak dipenuhi yang memerlukan sasaran molekul terapeutik baharu. Mengenai sasaran terapeutik baharu, kami menyiasat c-Jun N-terminal-kinase 3, yang merupakan kinase protein penting dalam proses apoptosis neuron. JNK memainkan peranan penting dalam proses apoptosis di terminal laluan MAPK, dan isoform JNK3 terutamanya dinyatakan dalam otak. Oleh itu, ia dianggap sebagai sasaran penyakit neurodegeneratif, di mana apoptosis neuron adalah peristiwa penting. Di samping itu, kerana JNK3 muncul berulang kali dalam beberapa laluan patologi AD, kami menganggapnya sebagai sasaran yang menjanjikan untuk mengatasi penyakit ini.
Oleh itu, senarai komprehensif perencat pan-JNK semasa dan perencat JNK3 terpilih telah dipasang, dan mod pengikatannya telah diperiksa. Inhibitor JNK3 terpilih biasanya menduduki kawasan hidrofobik (Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146, dan Leu206) yang dipanggil poket selektiviti dengan memasukkan cincin aromatik ke dalam perencat JNK3 supaya ia boleh memasuki poket hidrofobik jauh di dalam tapak aktif JNK3 . Selektif untuk isoform JNK1 dicapai dengan membenarkan interaksi hidrofobik dan interaksi sulfur-pi. Enam struktur kristal JNK1, tiga JNK2 dan enam JNK3 telah dipilih mengikut resolusi mereka untuk membandingkan pergerakan yang disebabkan oleh ligan residu Met penjaga pintu. Dalam setiap enam kristal bersama JNK1, metionin bertembung dengan cincin aromatik dalam perencat JNK3 terpilih, dan tiada ligan penghabluran bersama boleh dimuatkan ke dalam poket hidrofobik. Perlanggaran methionine penjaga pintu dengan cincin aromatik juga diperhatikan dalam kristal bersama JNK2, tetapi jika ligan penghabluran bersama menduduki kawasan hidrofobik, maka metionin JNK2 diinduksi oleh ligan dan poket boleh dibentuk.
Di antara enam struktur kokristal inhibitor-JNK3 yang diperhatikan, terdapat lebih banyak kes dengan ligan yang menduduki poket hidrofobik yang mengawal selektiviti ini. Empat ligan terhablur menduduki poket hidrofobik dan dua tidak menempati poket hidrofobik. Walaupun tahap penghunian yang berbeza diperhatikan bergantung pada bentuk empat ligan, semua metionin membentuk poket hidrofobik.
Sebagai penjelasan tambahan untuk sisa yang terdiri daripada poket hidrofobik jauh di dalam tapak aktif, terdapat perbezaan antara Leu JNK3 dan Ile JNK1. Tidak seperti Leu yang agak pendek, sisa Ile JNK1 menghalang cincin aromatik sederhana hingga besar daripada memasuki poket hidrofobik.
Oleh kerana sisa leucine terletak di poket hidrofobik JNK2 dan juga JNK3, cincin aromatik di kawasan hidrofobik tidak mempunyai kesan ketara ke atas selektiviti berbanding JNK2. Mengikut keputusan ini, seseorang dapat melihat bahawa elemen tambahan diperlukan untuk mendapatkan selektiviti isoform untuk JNK2, dan dapat difahami bahawa tidak banyak perencat yang telah mengatasi halangan ini.
Mengenai struktur perencat JNK3 selektif yang juga selektif untuk JNK2, kesemuanya diperhatikan menunjukkan pengikatan tambahan dalam bahagian yang terdedah kepada pelarut. Perencat JNK3 terpilih, iaitu sebatian 1 (Rajah 9), membentuk ikatan H antara pirolidin terprotonasi dan Asn89, dan satu lagi perencat JNK3 terpilih, iaitu sebatian 3, juga membentuk ikatan F antara fluorin yang digantikan dalam indolin{{11 }}satu kumpulan dan Asn152/Gln155. Ikatan ini adalah semua interaksi tambahan dalam kawasan pendedahan pelarut. Tambahan pula, kumpulan karbonil thiazole-4-satu dalam sebatian 3 adalah hampir dengan sisa Asn152, yang diramalkan sebagai interaksi dipol.
Apabila selektiviti isoform dicapai, masih terdapat banyak halangan untuk diatasi. Pertama sekali, disebabkan oleh persamaan poket pengikat ATP yang disasarkan oleh kebanyakan perencat kinase protein, selektiviti umum terhadap kinome protein selain JNK1/2 harus diperoleh secara keutamaan. Kedua, potensi tinggi akan diperlukan kerana kepekatan badan terapeutik mesti bersaing dengan ATP, yang terdapat dalam julat milimolar dalam sel. Ketiga, penembusan BBB tanpa penjanaan kesan sampingan utama akan diperlukan, yang merupakan cabaran paling sukar sejak AD, penyakit yang kita cuba takluki, adalah penyakit kronik, dan terapeutik diperlukan untuk rawatan jangka panjang. Oleh itu, dalam tanda-tanda dengan tempoh dos yang begitu lama, profil keselamatan yang luas menjadi isu yang sangat penting. Walaupun pembangunan perencat JNK3 sebagai rawatan untuk penyakit neurodegeneratif masih belum berjaya, semakin jelas bahawa JNK3 adalah sasaran terapeutik yang menjanjikan.
JNK3 semakin menarik perhatian sebagai sasaran terapeutik untuk AD. Ciri-ciri ini harus dipertimbangkan dalam reka bentuk perencat JNK3 baharu, yang boleh memudahkan pembangunan perencat JNK3 yang kuat dan terpilih sebagai terapeutik untuk AD tidak lama lagi.
Pembiayaan:
Penyelidikan ini dibiayai oleh National Research Foundation of Korea memberikan NRF-2020R1A6A1A03042854 (Pusat Proteinopati) dan NRF-2021R1A2C2007159 (J.-M. Hah).
Penyata Lembaga Semakan Institusi:
Tidak berkaitan.
Kenyataan Persetujuan Termaklum:
Tidak berkaitan.
Konflik Kepentingan:
Penulis tidak mempunyai konflik kepentingan untuk diisytiharkan.
Rujukan
1. Burnett, G.; Kennedy, EP Pemfosforilasi enzimatik protein. J. Biol. Kimia. 1954, 211, 969–980. [CrossRef]
2. Pentadbiran Makanan & Ubat AS. Tersedia dalam talian: https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/compilationcder-new-molecular-entity-nme-drug-and-new-biologic-approvals (diakses pada 14 September 2021).
3. Ficarro, SB; McClelland, ML; Stukenberg, PT; Burke, DJ; Ross, MM; Shabanowitz, J.; Hunt, DF; White, FM Phosphoproteome analisis oleh spektrometri jisim dan aplikasinya kepada Saccharomyces cerevisiae. Nat. Bioteknol. 2002, 20, 301–305. [CrossRef]
4. Cohen, P. Pengawalseliaan fungsi protein oleh fosforilasi berbilang tapak—Kemas kini 25-tahun. Trend Biochem. Sci. 2000, 25, 596–601. [CrossRef]
5. Roskoski, RJ Sifat perencat kinase protein molekul kecil yang diluluskan oleh FDA: Kemas kini 2021. Pharmacol. Res. 2021, 165, 105463. [CrossRef]
6. Muller, S.; Chaikuad, A.; Kelabu, NS; Knapp, S. Selok belok pembangunan perencat kinase terpilih. Nat. Kimia. biol. 2015, 11, 818–821. [CrossRef]
7. Cohen, P.; Alessi, penemuan dadah DR Kinase—Apakah yang seterusnya dalam bidang ini? ACS Chem. biol. 2013, 8, 96–104. [CrossRef]
8. Kecil, DH; Cappai, R. Alois Alzheimer dan penyakit Alzheimer: Perspektif centennial. 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. Beban global, serantau dan kebangsaan bagi penyakit Alzheimer dan demensia lain, 1990–2016: Analisis sistematik untuk Kajian Beban Global Penyakit 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: Kinase protein yang dirangsang oleh cahaya UV dan Ha-Ras yang mengikat dan memfosforilasi domain pengaktifan c-Jun. Sel 1994, 76, 1025–1037. [CrossRef]
11. Johnson, GL; Nakamura, K. Laluan c-jun kinase/stres-activated: Peraturan, fungsi, dan peranan dalam penyakit manusia. Biochim. Biophys. Acta Mol. Sel Re. 2007, 1773, 1341–1348. [CrossRef] [PubMed]
12. Okazawa, H.; Estus, S. Lata JNK/c-Jun dan penyakit Alzheimer. Am. J. Alzheimer's Dis. Demen lain. 2002, 17, 79–88. [CrossRef]
13. Bruckner, SR; Tammariello, SP; Kuan, CY; Flavell, RA; Rakic, P.; Estus, S. JNK3 menyumbang kepada pengaktifan c-Jun dan apoptosis tetapi bukan tekanan oksidatif dalam neuron simpatetik yang kekurangan faktor pertumbuhan saraf. J. Neurochem. 2001, 78, 298–303. [CrossRef]
14. Gwinn, DM; Shackelford, DB; Egan, DF; Mihaylova, MM; Mery, A.; Vasquez, DS; Turki, BE; Shaw, RJ AMPK fosforilasi raptor mengantara pusat pemeriksaan metabolik. Mol. Sel 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 Mengekalkan Tekanan Metabolik yang Dicetuskan oleh Peptida. Neuron 2012, 75, 824–837. [CrossRef]
For more information:1950477648nn@gmail.com
