数据
资源
版本对比
免费注册
预约演示
免费注册
药渡
Cyber解析
默克
开发的SRPK抑制剂MSC-1186的设计及优化过程
2024-02-18
·
药渡
临床1期
临床结果
申请上市
感谢关注转发,欢迎学术交流请点击此处链接观看CyberSAR系统详细使用教程
蛋白激酶
催化位点的高度保守性使得识别具有选择性的ATP竞争抑制剂成为一项具有挑战性的任务。在
黏附激酶(FAK)
的开发过程中,偶然发现了一类分子,它们虽然对
FAK
没有活性,但显示出抑制丝氨酸-精氨酸蛋白激酶1-3(SRPK1-3)的活性和选择性。选择性的关键在于这类分子与SRPK家族中独特的非保守铰链区域进行相互作用。通过基于结构的药物化学研究,成功获得了一种SRPK抑制剂MSC-1186。该分子在纳摩尔水平表现出活性,并具有良好的选择性。与
CLK
抑制剂联用能够加速SR蛋白的磷酸化的降低。本文对
MSC-1186
的设计策略和优化路线进行了详细梳理,为类似项目的结构优化提供了宝贵的经验。图1.
MSC-1186
的优化过程自2001年FDA批准首个
激酶抑制剂伊马替尼
(
imatinib
,图2)以来,
蛋白激酶
已成为主要药物靶点。
蛋白激酶
通过将ATP的γ-磷酸转移到底物蛋白的酪氨酸、丝氨酸或苏氨酸上,从而调节细胞功能。研究针对
蛋白激酶
的关键致癌因素,如点突变激活、基因融合和脂质激酶扩增,并以此为基础开发特异性激酶抑制剂。已有70多个激酶药物在临床上获批,但很多药物由于缺乏选择性,因此限制剂量以及无法达到预期的靶向效果。使用非选择性激酶抑制剂来阐明特定激酶的生物学作用,往往会产生相互矛盾的结果和不明确的结论。因此,开发选择性的
激酶抑制剂
是临床前候选药物研发时面临的关键挑战。图2. 代表性的
激酶抑制剂
黏附激酶(FAK)
属于非受体酪氨酸激酶家族,与癌细胞的生长、侵袭和转移密切相关。目前已有6个FAK激酶抑制剂进入了临床I/Ib期研究。
PF-431396
,
defactinib
以及其7-氮杂吲哚衍生物(图2)等
FAK
抑制剂,都存在选择性不足的问题。与
FAK
相比,丝氨酸-精氨酸蛋白激酶(SRPK)在
癌症
中的作用尚未完全明确。有研究表明SRPK在关键蛋白(如
MYB
、
BRD4
和
MED24
)剪接中起着重要作用,也参与调控
VEGF
。由于缺乏有效且具有选择性的SRPK抑制剂,因此对SRPKs在
癌症
剪接中的作用进行评估难度较大。已有几种可逆的SRPK抑制剂,如
SRPIN340
和SPHINX31(图3),但对CDK、
MAPK
、GSK和
CLK
等激酶家族也具有活性。SRPKIN-1(图3)因与SRPK蛋白的酪氨酸发生共价结合,增强了选择性。图3. SRPK抑制剂的化学结构近日,
默克
公司在JMC上发表了有关选择性SRPK抑制剂的研究。研究人员通过一类单齿
FAK
结构片段,成功将其转化为苯并咪唑-嘧啶骨架。这种骨架结构包含了“双受体铰链结合片段”,为高活性、激酶选择性和可逆的SRPK抑制剂奠定了基础。设计和优化过程总结如下:Hit发现氨基嘧啶结构是一种常见的与激酶铰链结合的片段,能够形成供体-受体-供体类型的相互作用。由于DFG序列前端存在较大的疏水残基,因此针对狭窄的后口袋区域进行结构设计,能够实现选择性,如p38抑制剂Skepinone-L(图2),就是利用铰链区域内独特的甘氨酸翻转来获得的选择性。
MET
抑制剂CLK-T3(图2)与蛋白形成单齿铰链型键合作用,是高选择性的关键。减少与铰链区的相互作用,同时与非铰链区的其他保守区域结合,已成为抑制剂研发的重要关注点。为了寻找
FAK
抑制剂,研究人员对片段库进行筛选。发现片段1与蛋白形成了单齿铰链结合,KD值为95μM,配体效率为0.46。图4A的X射线晶体结构显示吡啶上的N原子与Cys502形成氢键作用。此外,吡啶上2-CH与Cys502上O原子之间形成了非经典氢键作用。通过将片段1与7-氮杂吲哚类化合物2进行叠合,设计了N转移到四氮唑邻位的片段3(图4B)。图4.(A)片段1与
FAK
蛋白的晶体结构;(B)片段3结构的由来选用转染
FAK
质粒的HEK293T活性,进行生物活性测试。片段1和3的EC50分别为301μM和253μM。2-吡啶-苯并咪唑片段4的EC50为103 μM(图5)。将
defactinib
中与DFG-loop作用的结构引入到4上,得到5a,但活性基本丧失。将化合物5a对100个激酶进行活性筛选,发现对
SRPK1
和
SRPK2
的IC50为448nM和7.79μM。因此,对5a进一步进行结构修饰。图5. 片段4和5a的化学结构SAR研究对咪唑环上的取代基进行构效关系研究(表1),结果显示:(1)吸电子基团时,如氟原子(5c)取代
SRPK1
活性提高,氰基(5b)也可耐受;(2)给电子基团时,如R6位置为甲基(5d),R5位置为甲氧基(5f)没有优化
SRPK1
的活性;(3)R5位置为卤素(5g-5i)时,活性明显提高,且5i对两种激酶都显示出显著的效力(
SRPK1
IC50=32nM和
SRPK2
IC50= 672nM)。(4)基于5i的结构分析(下述),进一步设计衍生物(5j-5m)。R4为F原子(5m)时,获得活性最强的SRPK1/2抑制剂;(5)R5位置引入水溶性片段,如吗啉(5n),
N-甲基哌嗪
(5o)和N-甲基吡唑(5p)时,
SRPK1
活性耐受,但
SRPK2
活性降低。5i与
SRPK1
和
SRPK1
的结晶结构显示(图6),5i与经典嘧啶N-原子受体和非经典CH供体氢键朝向铰链区的ATP位点取向相同(
SRPK1
:Leu168和Glu166;
SRPK2
:Leu180和Glu178);
SRPK1
(SRPK2)铰链区的甘氨酸残基Gly169(Gly181)上的NH原子发生翻转后,与咪唑上N原子形成氢键;但Leu168-Gly169酰胺骨架构象与其他抑制剂结合时不同(图7)。图6.(A)5i与
SRPK1
的晶体结构(PDB:7ZKS);(B)5i与
SRPK1
的晶体结构Cl和F原子与
SRPK1(SRPK2)
的His170(His182)、Tyr227(Tyr239)和Leu231(Met243)形成范德华作用(图6)。吡啶环的N原子通过水的介导,与Glu217(SRPK1)和Glu229(SRPK2)形成氢键作用。磺酰胺的O原子不仅与苯并咪唑上的N原子存在分子内氢键,而且通过水分子的介导,与
SRPK1(SRPK2)
的His171(His183)和Gly169(Gly181)形成氢键。图7.(A)5i与其他抑制剂的蛋白晶体的Leu168和Gly169残基的叠合依据以上的构效关系研究,获得最有效的SRPK1/2衍生物5m。浓度为1μM时,在395面板上测试了5m的激酶选择性(图8)。结果显示5m对SRPK亚型1、2和3的效应水平A>85%,IC50分别为2.7nM、81nM和0.6nM。对其他激酶A<50%。图8. 5m对395个激酶的选择性5m与SRPK1晶体结构表明,其结合模式与5i相同(图9)。R4位置的F原子插入到Val223和Val167形成的疏水区域,并于Val167和Gly168形成范德华作用。图9.(A)5m与SRPK1的共晶结构;(B)显示蛋白结合表面以5h为进一步改造的起始分子(表2)。结果显示:(1)苯并咪唑NH被甲基化(化合物6),进而不能与分子内的磺酰胺形成分子内氢键,导致SRPK1活性损失2倍,但SRPK2活性与5h相似;(2)连接的NH被甲基化(化合物7),活性未发生变化;(3)将嘧啶上的一个N原子变为CH(8),与5h相比,化合物8对SRPK1的效力高出2倍,对SRPK2的效力更高,说明嘧啶的氢键不如预期的重要;(5)将苯并咪唑变为吲哚结构(9),失去SRPKs活性。构象分析发现化合物9的吲哚3位CH原子位于铰链区,此时丧失了与Leu168的氢键作用。从结构分析(图6和图9)看出,SRPK1(SRPK2)中的Phe165(Phe177)、Val145(Val157)和Ala496(Ala540)形成了一个亲脂性的口袋。基于此,对5h进一步进行修饰(表3),结果显示:(1)在嘧啶(化合物10)上引入溴原子,SRPK1活性增强2倍,而SRPK2活性没有受到影响;(2)将化合物5h的NH与嘧啶环进行环合(化合物11),降低旋转自由度,活性提高;(3)在化合物11上引入甲基(化合物12),使其深入到口袋中,但活性并未提高;(4)将化合物11的嘧啶环变为吡啶(化合物13),增强了亲脂性(logP>5),
SRPK1
活性降低,但
SRPK2
活性增强。理化性质及细胞活性细胞活性化合物5m活性最强,被命名为
MSC-1186
,化合物9用于阴性对照,命名为MSC-5360。采用SRPK活细胞结合检测实验(NanoBRET target engagement assays),测试
MSC-1186
对
SRPK1
和
SRPK3
细胞的活性,测定的EC50分别为98nM和40nM(图10)。由于
SRPK1
的NanoBRET实验未建成功,因此在裂解细胞中进行了检测,
MSC-1186
的EC50为149nM。采用ITC实验,测定SPRK2的KD为145nM。对135种激酶测试选择性。5μM的
MSC-1186
仅对
MAPK14
的活性降低了36%,对其他测试的激酶没有显著影响。图10.(A)
MSC-1186
对三种SRPK亚型的活性;(B)NanoBRET实验检测
MSC-1186
对135种激酶的选择性理化性质
MSC-1186
具有较低的溶解性,易被肝微粒体代谢(表4),因此不适合开展动物研究,但目前没有更好选择性的工具分子报道。与其他SRPK激酶抑制剂活性比较(表5)
SRPIN340
具有较好的选择性,但活性明显弱于
MSC-1186
。SPHINX31对
SRPK1
最有效,对
SRPK2
和
SRPK3
的作用较弱,并抑制
CLK
和
DYRK
等家族蛋白。SRPKIN-1活性高效、但选择性低。细胞功能特征为进一步验证
MSC-1186
的作用模式,研究人员分析了细胞中磷酸化pRSF4(pSRSF4)水平(图11)。SRPK抑制剂MSC-118和
SRPIN340
活性很弱。但与CLK激酶抑制剂T-025联用时,相较于单药使用T-025,活性显著增强。图11.
MSC-1186
,MSC-5360和
SRPIN340
及与
CLK
抑制剂T-025联用时对pSRSF4水平的影响为了进一步研究SRPK和
CLK
的协同效应,研究人员考察了化合物对高表达泛磷酸化SR蛋白(pan-phosphor-SR-protein,
pSR
)的HCT116细胞内SR水平和位置的影响(图12)。低磷酸化的SR蛋白主要分布在核斑点(nuclear speckle),而磷酸化的SR蛋白更均匀分布在核(nuclei)。
MSC-1186
和pan-
CLK
探针的阴性对照(CLK-T3)联用,未改变
pSR
水平或亚核定位活性。活性pan-CLK探针(CLKT3)与SRPK阴性分子MSC-5360以剂量依赖的方式降低了
pSR
水平,并改变了
pSR
信号在细胞核中的分布(图12C)。pSRSF4实验的结果相似,
MSC-1186
与
CLK
抑制剂CLKT3联合使用会导致
pSR
水平下降(图12D),且联合使用进一步促进
pSR
聚集。这些结果表明,SRPK/
CLK
抑制剂联合使用不仅抑制
SRSF4
的磷酸化,还影响SR蛋白的磷酸化和定位。图12.
MSC-1186
单独或联合
CLK
抑制剂对
pSR
水平和亚细胞定位的影响结论优化
FAK
活性时,偶然发现片段1具有SRPK活性。首先进行吡啶异构化(1→3),然后四氮唑转化为苯并咪唑(4),将4与
defactinib
的磺胺基团骈合,获得具有SRPK选择性的分子5a,SAR优化最终得到了高效及高选择性的SRPK抑制剂MSC-1186。开展了选择性SRPK和
CLK
抑制剂联用对剪接调控的研究,提供了药物联用的优势选择。
MSC-1186
已被提供给SGC联盟,供更广泛的科学研究使用。文章来源doi.org/10.1021/acs.jmedchem.2c01705请点击此处链接观看CyberSAR系统详细使用教程药渡Cyber平台整合药物设计思想,挖掘了文献及专利报道的活性结构,通过Cyber平台可以方便快速获得研发人员兴趣靶向结构,以供开拓思路,就
SRPK1
抑制剂举例如下:1.进入CyberSAR首页,在靶点下拉项中,输入“SRPK”,选中关联“
SRPK1
(Homo sapiens)”搜索
SRPK1
相关靶点信息。2.在靶点界面选中“化学空间”选项标签下级联“聚类空间”选项卡,可以将CyberSAR平台收录的文献和专利具有关于
SRPK1
相关实验测试活性的分子以“分子母核聚类”的形式展示。3.在靶点界面选中“试验数据”选项,可以看到
SRPK1
靶点分子的活性数据。4.单击分子结构,可见感兴趣分子进一步扩展信息。5.单击“骨架相似“选项卡或者”预测靶点“选项卡,还可以进一步提供结构的衍生类型,可下载进行分子学习。登录方式CyberSAR在电脑浏览器端登录网址:https://data.pharmacodia.com/cybersar/,欢迎猛烈试用。请点击此处链接观看CyberSAR系统详细使用教程如需进一步沟通,请扫码添加微信联系
药渡
赵博士或
药渡
CyberSAR沟通群。
更多内容,
请访问原始网站
文中所述内容并不反映新药情报库及其所属公司任何意见及观点,如有版权侵扰或错误之处,请及时联系我们,我们会在24小时内配合处理。
机构
Beijing Yaodu Pharmaceutical Technology Co., Ltd.
Merck & Co., Inc.
适应症
肿瘤
靶点
Protein kinases
FAK
CLK
[+13]
药物
MSC-1186
甲磺酸伊马替尼
果糖激酶抑制剂(Hua Medicine)
[+4]
标准版
¥
16800
元/账号/年
新药情报库 | 省钱又好用!
立即使用
热门报告
2024年3月全球首批及特殊审评药物报告
智慧芽生物医药
THR-β 激动剂药物进展及专利调研报告
智慧芽生物医药
2024年2月全球首批及特殊审评药物报告
智慧芽生物医药
立即开始免费试用!
智慧芽新药情报库是智慧芽专为生命科学人士构建的基于AI的创新药情报平台,助您全方位提升您的研发与决策效率。
开始免费试用
立即开始数据试用!
智慧芽新药库数据也通过智慧芽数据服务平台,以API或者数据包形式对外开放,助您更加充分利用智慧芽新药情报信息。
试用数据服务