Разработка PI3Kα-селективного ингибитора (PF-06843195)

⁃ Фосфоинозитид 3-киназы (PI3K) катализируют синтез компонента клеточной стенки, фосфатидилинозитола (PI).
⁃ Мутация этих киназ очень часто встречается в раковых клетках, особенно при метастатическом РМЖ
⁃ Всего известно 4 подтипа киназ, для которых специально придумали 4 буквы: PI3Kα, PI3Kβ, PI3Kδ, PI3Kγ
⁃ Известно, что наибольший вклад в развитие раковых заболеваний вносят PI3Kα, а селективное их ингибирование предвосхищает развитие побоченьки
⁃ Ребята из Пфуйзера в статье описывают разработку малой молекулы-ингибитора, а также результаты испытаний на крысах
⁃ Дизайнить молекулы они начали с того, что открыли массу статеечек и патентов, из которых был выбран морфолин-замещенный бипиримидин, который из коробки уже был довольно селективным
⁃ Интересно, что за хиндж в киназе фрагмент цепляется именно морфолином, а аминопиримидин направлен вглубь, обеспечивая несколько важных водородных связей
⁃ Авторы довольно подробно изучили различия в сайте связывания АТФ между изоформами, выделили ключевые аминокислотные отличия, а также, различия в положениях консервативных аминокислот, например, разворот триптофана (для чего была выращена целая куча кристаллов)
⁃ Это позволило найти большое незаполненное пространство, куда компьютерным моделированием достраивали разные фрагменты, из которых самой удачной оказалась модификация пиримидин конденсированным N-пирролидин-N-замещенным дигидропирролом (DHPP)
⁃ Дальнейшая стратегия шла по пути N-замещения пирролидина BOC, мочевиной, сульфанил и сульфамидными группыми, что давало одинаково высокую киназную активность и селективность, но не показало достаточный профиль по какому-либо из ADME или клеточных тестов (селективность на киназах далеко не всегда совпадает с клеточной)
⁃ Одна молекула с хемотипом DHPP была выбрана для ФК и ФД тестов, но всё провалила
⁃ Было предложено сделать три значимые модификации
⁃ Раскрыть полностью дигидропиррольный цикл и профоторировать, что дало почти двухкратный прирост активности
⁃ Модифицировать хиральный метил гидроксо группой, что улучшило растворимость и проходимость мембран
⁃ Ну и напоследок накидать пару фторов в эфирную группу в пирролидине
⁃ Казалось бы, ну что еще надо, все всех устраивает, но и это еще не всё
⁃ Модификация молекулы фосфатным эфиром по гидроксилу дала еще 5-кратный прирост
⁃ Финальная молекула представляет собой про-лекарство для внутривенного введения

Статья интересна сразу по нескольким пунктам: связь с хинджом через морфолин, подбор фрагментов по форме “пустущего участка", разработка бициклического кора с последующим раскрытием, успешный переход от пероральной формы к внутривенной

Активаторы Cyclic GMP-AMP synthase (cGAS)/ STING

Вдогонку к потенциально крутым мишеням

cGAS-STING (циклический гуанозин монофосфат - аденозин монофосфат синтаза - стимулятор интерфероновых генов)

⁃ cGAS-STING путь нужен в клетке для распознавания поврежденной ДНК и в случае активации приводит к задействованию адаптивного (врожденного) иммунного ответа против опухолей
⁃ То есть, организм будет бороться с раком своими же силами, что чаще всего бывает менее вредно, чем стандартная химиотерапия
⁃ К такому лечению у опухоли сложнее вырабатывается резистентность
⁃ Эндогенным лигандом в cGAS-STING является циклический димер из двух нуклеозидов GMP-AMP
⁃ Прежние терапевтические изощрения (находящиеся на 1-2 этапах клиники) заключались в синтезе подобных нуклеозидных димеров
⁃ Такой подход плох, потому что нужно вводить непосредственно в опухоль, что ограничивает терапевтическое окно и вообще можно лечить только солидные опухоли где-нибудь на коже
⁃ Авторы из Scripps University заморочились и сделали максимально широкий скрининг библиотеки на 100к молекул на нокаутной линии, binding assay, клеточных репортерах
⁃ Примерно в то же самое время вышла статья от Мерков, что и они разработали молекулу-активатор
⁃ Самое крутое в этих двух исследованиях то, что наблюдалась дозозависимая выработка IFNb снижение размеров опухолей у мышей при пероральном введении
⁃ Был установлен механизм действия для молекул, что это именно они приводили к эффекту
⁃ Эпигенетические механизмы борьбы с опухолями давно уже на острие науки и то, что удалось, кажется, сделать что-то более-менее похожее на нормальное лекарство - это большой успех
⁃ Ждем оптимизированных кандидатов и клиники

#1minutearticle

10.1146/annurev- immunol-032713-120156
10.1126/science.aba6098
10.1126/science.abb4255
10.1038/s41586-018-0705-y

Discovery of AB680: A Potent and Selective Inhibitor of CD73

90 секунд

⁃ Аденозин - эндогенный нуклеотид, обладает (помимо всего прочего) иммуносупрессивными и противоспалительными эффектами
⁃ CD73 - эктонулеотидаза, которая дефосфорилирует AMP до аденозина
⁃ Концентрация аденозина очень высока в раковых опухолях, где он активирует цепь G-белки -> Аденилатциклаза -> каскады со множеством аббревитур) -> пролиферация
⁃ Долгое время CD73 была никому не нужна, так как не был понятен механизм действия, но относительно недавно установили, что селективная блокада их работы приводит к эффекту аналогичному ингибированию PD-1 чекпоинтов
⁃ Грустная К.Мюллер сильно раньше разработала селективные биопробы на CD73, но не запатентовала, потому что долго, дорого и зачем
⁃ На основе ее исследований ребята из Arcus Bioscience разработали свой ингибитор AB680
⁃ Молекула ингибитора заезжает в активный сайт вместо аденозина, где распознается двумя Phe (417 и 500) и цепляется пи-стакингом
⁃ Дальше фосфорный остаток фиксируется D506 и N390, а бифосфат образует ионные взаимодействия с двумя ионами Zn
⁃ Исследование SAR шло по трем основным положениям, C6, где по аминогруппе цепляли объемный фрагмент
⁃ По С2, где тоже пытались ввести ароматику и другие большие группы, что снижало iC50
⁃ Из кристаллов увидели, что большой заместитель не влезает в карман, нарушается “водная сеть” и тд., остановились на хлоре, как у грустной К.Мюллер
⁃ Допиливание фармакокинетики шло по пути передвижения азотов по основному 6+5 гетероциклу и фторов по бензильному С6-заместителю, что в итоге дало субнаномолярную активность для трех предфинальных кандидатов in vitro
⁃ Финальный же AB680 (под номером 55 на картинке) не ингибирует CYP и hERG, долго (67-75 ч) выводится из организма и нормально переносится здоровыми людьми при внутривенном введении 2 раза в неделю
⁃ Вообще, момент с оптимизацией фармакокинетики кажется наиболее интересным в этой статье, так как выбрали не самый активный и селективный, а самый компромиссный по всем параметрам
⁃ Также, стоит обратить внимание на то, как передвижение фтора драматически влияло на ФК параметры

P.S.: Да, еще я очень люблю пуринергическую систему, так что страдайте)))

Ссылка на статью: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jmedchem.0c00525

#1minutearticle

Fragment Binding to Kinase Hinge: If Charge Distribution and Local pKa Shifts Mislead Popular Bioisosterism Concepts

⁃ Оптимизация лида в МХ обычно представляет собой модификацию скафа биоизостерными кусками, форма и размер которых обусловлен характеристиками связывающих карманов
⁃ Сложно точно подобрать идеальный изостер , поэтому МХ обычно грустят, когда ожидаемой активности нет
⁃ Тем более, не очевидно, как влияет распределение электронной плотности, pKa и тд. отдельных фрагментов, без якорного скаффа
⁃ Квантовые вычисления дают какое-то представление, но и то не всегда, а long-distance поляризацию реально увидеть только в эксперименте
⁃ Чтобы посмотреть на это - вырастили 19 кристаллов PKA киназы с фрагментами, которые вяжутся в hinge-регионе киназ
⁃ Для исследования выбрали ароматические кольца, аугментированные карбоксамидными заместителями
⁃ Большая часть молекул встала, как и ожидалось, образуя параллельные водородные связи с хинджом
⁃ Авторы не ожидали, что пиридиновый азот и гидроксильная группа в ряде фрагментов могут вязаться с хинджом вместо амида
⁃ Двумя самыми большими сюрпризами стали бензойные кислоты и бензамидины, которые тоже хорошо связались, став своего рода биозостерами
⁃ А в изоникотинамидине - пиридиновый азот образовал единичную водородную связь
⁃ Такое уже было замечено в некоторых киназных ингибиторах (Lapatinib, Gefitinib, Erlotinib, Vandetinib)
⁃ Ключевая роль в связывании принадлежит pKa
⁃ Именно на изменение pKa в системе нужно обращать внимание в первую очередь, если собираетесь вводить заместители
⁃ Если у вас много денег, то вы можете вырастить хоть 100 кристаллов

#1minutearticle

На днях читал про прикольную мишень, вроде как показавшую эффективность при диабете.

В статье прекрасно все, и заголовок, и абстракт, и введение. Бери да делай свой препарат.

Киназа, ингибирование которой приводит к тому, что начинается увеличение числа бета-клеток в поджелудочной.

Это такие клетки, которые вырабатывают инсулин, но при диабете 1 типа они становятся мишенью своего же собственного иммунитета, постепенно отмирают, а инсулин заканчивается. Остальные ткани в организме перестают получать глюкозу, что приводит к печальным последствиям.

Так вот, киназка, будучи заингибированной ускоряет пролиферацию (деление и рост) этих самых клеток в островках Лангерганса (такое название для их скоплений).

Казалось бы, все круто, да только это не выключает иммунный ответ, то есть, не устраняет первопричину, а только может замедлить развитие диабета.
Бонусом, любое ускорение деления клеток черевато милой побоченько ввиде рандомных раковых опухолей.

Как говорится, так-то парень неплохой, только ссытся и глухой.

Будем посмотреть, если что-то пройдет клинику, а так, кажется, какая-то дичь.

30-31 марта проходит конфа МемРар по медхимии. Хотел поехать туда и поглядеть на уровень российских вузов. К сожалению, из-за ковидных ограничений не сложилось, но организаторы предоставили доступ по ссылке.

И знаете, хорошо, что не поехал. Похоже, у меня уж очень замылился глаз и я ожидал чего-то космического.

Хэдлайнер первого дня, Красавин, без иронии крутой чувак, но его работы, к сожалению, больше про классическую оргхимию, методы синтеза. Это не плохо, но далеко от современной медхимии. Другие работы были сильно хуже, особенно секции, где варили что-то и травили бактерек. Это не модно года так с 1960.

С другой стороны, это обнажает не то что бы отсталость российской медхимии, но, как минимум, парадигмальность мышления научруков, которым будет приятно варить одно и то же еще хоть лет двести.

Жду запись второго дня с вычхимией, с ней должно быть лучше.

Hpk1

Серин/треониновые киназы это семейство ферментов, всего их около 125 от 500+ киназ в организме. Их основная задача - перенос фосфорного остатка с АТФ на серин/треониновый гидроксил. За счет этого происходит изменения в работе фосфорилированных белков, запускаются или останавливаются нижестоящие биологические цепочки. Чаще всего такие киназы ассоциированы с регуляцией клеточного цикла.

HPK1 (hematopoietic progenitor kinase 1) - член этого семейства. Она находится эксклюзивно в клетках, задействованных в кроветворении, гемопоэзе.

В случае активации HPK1 происходит снижение числа Т-клеток иммунитета, если их по тем или иным причинам стало слишком много, за счет T-cell receptor зависимого пути (более подробно про механизм поговорим в другой раз).

Причин для запуска негативной регуляции может быть много, от окислительного стресса и воспаления, до воздействия хемокинов и цитокинов.

У здорового человека с этим процессом проблем нет, однако, когда в терапевтических целях нужно активировать иммунный ответ, именно HPK1 может приводить к снижению эффективности такого лечения.

Ярким примером является терапия опухолевых заболеваний т.н. ингибиторами чекпоинтов (антитела к pd-1, pd-l1). За открытие этого подхода в 2018 Immune checkpoint inhibitors win the 2018 Nobel Prize - NCBI - NIH дали нобелевку. При всей инновационности этот подход далеко не идеален, потому что ответ на терапию наблюдается не у всех пациентов.

Но было установлено, что мыши, у которых отключен ген, кодирующий HPK1 не только не умирают, но и более эффективно поддаются лечению антителами, либо излечиваются самостоятельно(!).

Мишень открыта сравнительно давно, но изучена была довольно плохо. Однако на 2019-21 гг. приходится всплеск регистрации патентов на молекулы-ингибиторы HPK1. Начали появляться первые публикации, и даже набирается 1 фаза клиники. Это может говорить о том, что чюваки из бигфармы почувствовали профит.

А про то, как оно работает под капотом, и про те прикольные ингибиторы, которые уже опубликованы - расскажу в следующий раз)

https://dx.doi.org/10.1007/s12026-012-8319-1

#hpk1

Благодарные читатели накидывают мемов

Шутки про кринж ингибиторы требуют пояснения)

У киназ в структуре есть участок, за который цепляется аденозин в АТФ - этот участок в англоязычной литературе называется “hinge”) за этот же участок цепляются лекарства-ингибиторы🤷‍♂️

Отлично вообще, особенно про Губку Боба Квадратный Макроцикл

Мем в том, что морские губки - это один из самых богатых источников новых соединений. Химия их воистину чудна и разнообразна.
В частности, из них был выделен препарат Цитарабин, использующийся в терапии опухолей.
Но мем бы не был мемом, если бы морские биологи на этом остановились и не начали рожать по статье в день про новое сверхъестественно активное вещество от всех болезней.

К счастью, современная медицинская химия не грустит по таким поводам, а ищет и находит решения.

Так, товарищи из очень древней и сложнопроизносимой немецкой компании Boehringer Ingelheim, опубликовали крайне активный в отношении тройного мутанта (0,2 нм) кандидат

Стартовой точкой проекта стала библиотека из киназных ингибиторов, полученных из прошлых проектов. 1826 молекул были выбраны по критерию селективности на панели из 30 киназ, содержали <34 тяжелых атомов или были хорошо растворимы при pH 6.8. Первым делом, полученный хит был закристаллизован с мутантной киназой, чтобы определить его способ связывания и, соответственно, направление последующей оптимизации.

Работа началась с хитового бензимидазола, соединенного через амидную связь с бензолом. Бензол же в мета-положении замещен еще одним ароматическим кольцом. Первое, на что обратили внимание авторы - это взаимное расположение двух ароматических колец. В кристалле угол был 40°, необходимый для взаимодействия ароматики с лизином, что позволило сформулировать гипотезу о новых заместителях, поддерживающих эту фичу. Посчитали квантами конформации с наименьшими энергиями, выбрали наиболее подходящие под то, что вышло в кристалле и на этом основании продолжили синтез. Полученный кандидат с бензолом был уже значительно более активным и селективным, как на киназе, так и на клетках. Вырастили еще кристалл и увидели, что селективность скорее всего связана с тем, что убиралась “лишняя” водородная связь, карману связывания вполне достаточно просто наличие ароматического кольца. Другим, удовлетворяющим условия, Ar кольцом был N-метил пиразол.

Расположение функциональных групп натолкнуло авторов на то, что неплохо бы сделать из молекулы макроцикл, соединив азот в бензимидазоле с бензолом/пиразолом. После исследования огромного числа различных линкеров, оставили длинную, 5 углеродных атомов, цепочку, соединенную с ароматикой через кислородный мостик. Выращенный кристалл подтвердил вычислительную гипотезу, что конформация в макроцикле остается примерно такой же (~40°). Полученная, предфинальная, молекула с пиразолом имела активность <1 nM на EGFR TM и <1 nM на BaF3 клеточной линии. Из минусов - она была не очень хорошо растворима.
Финальным же аккордом стал поиск участка, за счет которого можно повысить растворимость, а следовательно и избежать многих проблем с фармакокинетическим профилем. После длительного подбора комбинаций, остановились на метилпиперазине, соединенном с бензимидазолом через метиленовый мостик.

Финальная молекула обладает субнаномолярной активностью, достаточной растворимостью, и потенциально может стать отличным препаратом в терапии NSCLC.