Structure-assisted design of inhibitors targeting medicinally relevant enzymes

Abstract

Racionální návrh léčiv je moderní efektivní přístup, využívající detailní znalosti trojrozměrné struktury k návrhu a optimalizaci nových inhibitorů cílících na klinicky relevantní enzymy. Metodou strukturní biologie, hojně využívanou v racionálním návrhu léčiv, je rentgenová krystalografie. Její silnou stránkou je schopnost poskytnout detailní obraz komplexu protein-inhibitor s rozlišením umožňujícím analýzu jednotlivých interakcí mezi inhibitorem a proteinem.PNP hraje klíčovou roli v metabolické dráze záchrany purinových nukleotidů, a je tak zajímavým terapeutickým cílem nejen pro léčbu T buněčných hematologických malignit, ale i parazitických infekcí. V našich studiích jsme se zaměřili na lidskou PNP a její ortholog v M. tuberculosis s cílem vyvinout nové inhibitory s vysokou specificitou a selektivitou pro každý z enzymů. Prezentované inhibitory patří do skupiny acyklických nukleosid fosfátů s 9-deazahypoxanthinovou nukleobází, obsahující tři funkční skupiny, které se vážou na všechna tři důležitá rozhraní aktivního místa: purin, fenyl a fosfonátovou skupinu. Nejlepší z inhibitorů dosáhly hodnot IC50 až 19 nM a 4 nM pro lidskou, respektive mykobakteriální PNP. Zavedení malých substituentů, jako například methoxy- nebo bromo- skupiny, na centrální fenylový kruh vedlo ke snížení afinity inhibitoru...

Structure-assisted drug discovery is a powerful approach that utilizes detailed knowledge on 3D structure to design and optimize new inhibitors targeting medically relevant enzymes. X-ray crystallography is a widely used structural biology technique since it provides detailed snapshot of protein-inhibitor complex, which is used to analyze protein- inhibitor interactions. PNP plays an important role in salvage pathway of purine metabolism, it is a target in treatment of T-cell malignancies and/or parasitic infections. Our effort focused on human and M. tuberculosis PNP, and our aim was to develop new inhibitors with high selectivity and specificity. Our inhibitors are acyclic nucleoside phosphates with 9- deazahypoxanthine nucleobase that contain three moieties binding to all three regions of the active site: purine, phenyl and phosphonate moieties. The best inhibitors have IC50 values as low as 19 nM (human) and 4 nM (M. tuberculosis). The presence of short substituents at central phenyl moiety, such as methoxy and bromide group, decreases inhibitor's affinity towards human PNP, but does not affect affinity towards mycobacterial PNP. At the same time, bulky substituents, such as fluorinated phenyl ring, decrease inhibitor's affinity towards human PNP but increase affinity towards mycobacterial...