Ингибитор Hsp90 - Hsp90 inhibitor

Ингибитор Hsp90
Класс препарата
Гелданамицин.svg
Гелданамицин, первый обнаруженный ингибитор Hsp90.[1]
Идентификаторы класса
ИспользоватьПротивоопухолевый
Биологическая мишеньHsp90
В Викиданных

An Ингибитор Hsp90 вещество, которое подавляет активность Hsp90 белок теплового шока. Поскольку Hsp90 стабилизирует множество белков, необходимых для выживания рак клетки, эти вещества могут иметь терапевтический эффект при лечении различных типов злокачественных новообразований.[2] Кроме того, ряд ингибиторов Hsp90 в настоящее время проходят клинические испытания для лечения различных видов рака.[3] Ингибиторы Hsp90 включают натуральные продукты гельданамицин и Radicicol а также полусинтетические производные 17-N-аллиламино-17-деметоксигельданамицин (17AAG).

Механизм действия

Среди белки теплового шока фокус на HSP90 увеличилось из-за его участия в нескольких клеточных явлениях и, что более важно, в прогрессировании заболевания. HSP90 удерживает белки смерти в апоптоз стойкое состояние путем прямой ассоциации. Его широкий спектр функций является результатом способности HSP90 к сопровождающий несколько клиентских белков, которые играют центральную патогенную роль в заболеваниях человека, включая рак, нейродегенеративные заболевания и вирусные инфекции.[4] Гелданамицин напрямую связывается с АТФ-связывающим карманом в N-концевой домен Hsp90 и, следовательно, блокирует связывание нуклеотидов с Hsp90. Анализ влияния гелданамицина на активацию стероидного рецептора показывает, что антибиотик блокирует цикл шаперона в промежуточном комплексе, предотвращая высвобождение рецептора из Hsp90 и, в конечном итоге, приводя к его деградации.[5] Саркома Юинга показывает несколько дерегулированных автокринный петли, опосредующие выживание и пролиферацию клеток. Так что их блокада - многообещающий терапевтический подход. Протеосома Анализ показал, что Hsp90 по-разному экспрессируется в клеточных линиях саркомы Юинга, чувствительных и устойчивых к специфическим ингибиторам IGF1R / KIT. Блокада пути IGF1R / KIT in vitro на клеточных линиях саркомы Юинга и классификация клеточных линий саркомы Юинга как устойчивые и чувствительные к блокаде пути. Ингибирование Hsp90 с помощью 17AAG и миРНК привело к снижению роста и выживаемости клеточных линий. Ингибирование Hsp90 вызывает протеосомное разрушение клиентских белков - Akt, KIT и IGF1R. Этот эффект может быть связан с предотвращением физического контакта между клиентскими белками и Hsp90.[6] Итак, поскольку молекулярные шапероны чрезмерно выраженный в широком спектре раковых клеток и в трансформированных вирусами клетках подавление функции этих шаперонов необходимо для контроля над раковыми клетками, поскольку это может повлиять на активность сигнальных белков. Доступность лекарств, которые могут специфически воздействовать на Hsp90 и ингибировать его функцию, что приводит к истощению клиентских белков, сделало Hsp90 новой и интересной мишенью для лечения рака.

Ингибиторы натуральных продуктов

Современные ингибиторы HSP90 разработаны на основе гельданамицин и Radicicol которые являются ингибиторами натуральных продуктов и являются отправной точкой для нового подхода. HSP 90 необходим для АТФ-зависимого рефолдинга денатурированных или развернутых белков и для конформационного созревания подмножества белков, участвующих в ответе клеток на внеклеточные сигналы. К ним относятся стероидные рецепторы Raf-1, Akt, Met и Her 2. HSP90 имеет консервативный уникальный карман в N-концевой области. Он связывает АТФ и АДФ и имеет слабый АТФаза Мероприятия. Это предполагает, что сайт действует как датчик нуклеотидного или нуклеотидного соотношения. Замечено, что нуклеотиды принимают уникальную С-образную изогнутую форму при связывании с этим карманом. Это особенно необычно, поскольку нуклеотиды никогда не изменяют форму в высокоаффинных сайтах АТФ / АДФ. Это также указывает на то, что разрабатываемые лекарственные средства также должны иметь потенциал для принятия уникальной конформации С-образной формы для связывания уникального кармана. Обоснование этой необычной потребности, то есть изгиба структуры, основано на термодинамическом факте, что молекула, которая требует минимальных структурных изменений для перехода из несвязанного в связанное состояние, не должна подвергаться большим энтропийным штрафам, и связывание будет отражаться энтальпийными факторами.[7][8] Гелданамицин и радицикол плотно связываются с этим карманом и предотвращают высвобождение белка из комплекса шаперонов. Таким образом, белок не может достичь нативной конформации и разрушается протеосомой.[9] Добавление такого ингибитора вызывает протеосомную деградацию сигнальных белков, таких как стероидные рецепторы, киназа Raf и Akt. Гелданамицин и радицикол также ингибируют мутировавший белок в раковых клетках, таких как P53, Vsrc, BCR - ABL. Стоит отметить, что обычные аналоги не тормозятся. Гелданамицин является эффективным ингибитором HSP90, но его нельзя использовать in vivo из-за его высокой токсичности и способности повреждать печень. Предполагается, что виновата функциональная группа бензохинона. Полусинтетическое производное 17 AAG с более низкой токсичностью, но такой же эффективностью, как и гелданамицин, разработано и в настоящее время проходит клинические испытания.

Производное гелданамицина 17 AAG

17-N-аллиламино-17-деметоксигельданамицин (17AAG) представляет собой полусинтетическое производное натурального продукта гелданамицина. Он менее токсичен с таким же терапевтическим потенциалом, как и гелданамицин. Это первый ингибитор HSP90, прошедший клинические испытания. В настоящее время 17AAG оценивается как мощное лекарство против AML. Известно, что 17 AAG снижает концентрацию клиентских белков, но вопрос о том, влияет ли 17 AAG на гены клиентских белков или он ингибирует цитозольные белки, был предметом дискуссий. Профилирование экспрессии генов клеточных линий рака толстой кишки человека с помощью 17AAG доказывает, что гены клиентского белка Hsp90 не затрагиваются, но такие клиентские белки, как hsc, кератин 8, кератин 18, akt, c-raf1 и кавеолин-1, дерегулируются, что приводит к ингибированию передачи сигнала .[10] Острый миелолейкоз (AML) остается наиболее распространенной формой лейкемии среди взрослого и пожилого населения. В настоящее время, антрациклины, цитарабин и этопозид широко используются при лечении ОМЛ из-за их способности индуцировать апоптоз лейкозных клеток. Сигнальные пути, по которым действуют эти препараты, полностью не изучены, но прямые эффекты, такие как повреждение ДНК, интерференция митохондриального транспорта электронов, генерация окислительных радикалов и протеасомная активация, были продемонстрированы или предположены.[11] Производное GA 17-аллиламино-17-деметоксигельданамицина (17-AAG) в настоящее время проходит клинические испытания при лечении рака. В нормальных условиях Hsp90 действует на широкий спектр клиентских белков и необходим для конформационного созревания множества онкогенных сигнальных белков, включая протеинкиназы и факторы транскрипции, регулируемые лигандами. Hsp90 действует в составе мультипротеинового комплекса с несколькими ко-шаперонами. Один из них, кокаперон p23, по-видимому, стабилизирует комплексы Hsp90 со стероидными рецепторами и онкогенными тирозинкиназами. p23 также сам по себе обладает шаперонной активностью и способен ингибировать агрегацию денатурированных белков в отсутствие АТФ. Антагонист АТФ GA и его производное 17AAG блокируют ассоциацию p23 с Hsp90, индуцируют протеасомную деградацию передачи сигналов выживания. Клиентские белки Hsp90 активируют ассоциированную с апоптозом двухцепочечную РНК-зависимую протеинкиназу, PKR, и способствуют скорее апоптотическому, чем некротическому типу смерти. p23 имеет повышенную экспрессию в карциномах молочной железы. В своем исследовании Gausdal и его коллеги обнаружили, что антрациклины и другие химиотерапевтические препараты, такие как цитарабин и этопозид, но не только GA, вызывают каспазозависимое расщепление p23. Расщепление могло катализироваться либо каспазой-7, либо каспазой-3 и происходило на D142 или D145 в C-концевом хвосте p23, который, как полагают, необходим для активности шаперона. Было обнаружено, что ингибитор Hsp90 GA усиливает активацию каспаз, расщепление p23 и апоптоз, индуцированный антрациклинами. Наконец, они пришли к выводу, что Hsp90 и, следовательно, передача сигналов, опосредованная клиентскими белками в мультибелковом комплексе Hsp90, может быть нацелена через p23 в индуцированную химиотерапией гибель клеток при AML.[12][13]

Строительные леса из пурина

Один из важных результатов, полученных при изучении ингибитора природного продукта гелданамицина и его взаимодействия с HSP90, заключается в том, что использование меньших молекул в качестве ингибиторов вместо сложных молекул, таких как радицикол, более эффективно. На основе этой информации и передовых методов рационального дизайна лекарств можно построить феноменологически релевантные каркасы. Случайный скрининг in vitro библиотеки малых молекул, связанных с пуринами, привел к идентификации и скринингу более 60000 соединений, обладающих ингибирующей способностью. Хиоз и его коллеги сообщили о новом классе ингибиторов HSP90, используя рациональный дизайн. Важными факторами, которые учитываются в этом рациональном дизайне, являются:

  • Ключевое взаимодействие между ингибитором и Asp 93 / ser 52 и lys 112 / lys 58 в основании и верхней части кармана соответственно.
  • Заполнение ингибитором гидрофобного кармана, лежащего на полпути в сайте связывания и состоящего из met98, val 150, leu 107, leu 103, phe 138 и val 186, является важным для сродства и селективности.
  • Молекулы должны иметь более высокое сродство к HSP90 по сравнению с природными нуклеотидами.
  • Поскольку функция многих белков зависит от пуринсодержащих лигандов, производные пуринового скелета должны обладать биоактивностью, клеточной проницаемостью и растворимостью.

Итак, основываясь на этих соображениях и наблюдениях, Хиоз и его коллеги теоретически разработали следующий класс пуринов, в котором PU3 является ведущей молекулой. PU3 имеет структурное сходство с АТФ, который является естественным лигандом для N-концевого домена. Данные рентгеновской кристаллографии показывают, что PU3 имеет сложенную C-образную структуру как в связанном, так и в свободном состоянии. PU3, таким образом, образует приемлемый свинец для дальнейшей разработки лекарственных средств пуринового каркаса. PU3 присоединяется к N-концевому домену посредством следующих ключевых взаимодействий.

  • Вверху 2 метоксигруппа фенильного кольца присоединяется к lys 112 N-концевого домена.
  • 9-N-бутильная цепь занимает боковой гидрофобный карман. Фактически эта цепь представляет собой один из наиболее важных элементов селективности PU3 для HSp90 по сравнению с аналогичными карманами.
  • В основе аминогруппы C6 водородные связи с asp93 - ser52[14]

Гамитриниб

Нацеливание на сети сигнальных путей вместо одного пути является эффективным способом лечения рака. Hsp90 отвечает за сворачивание белков во множестве сигнальных сетей в онкогенезе. Митохондриальный Hsp90 участвует в сложном сигнальном пути, который предотвращает инициирование индуцированного апоптоза. Гамитриниб это резорциновый небольшая молекула, которая специфически действует на митохондриальный Hsp90. Это вызывает внезапную потерю мембранного потенциала, за которой следует разрыв мембраны и начало апоптоза. Также гамитриниб очень селективен и не влияет на нормальные клетки.[8]

Перспектива будущего

HSP90 приобретает все большее значение в качестве мишени для рака, в значительной степени из-за возможности комбинаторного воздействия на множественные онкогенные белковые пути и биологические эффекты. Хорошая переносимость первого в своем классе препарата 17-AAG побудила многие биотехнологические и крупные фармацевтические компании выйти на рынок. Способность продемонстрировать доказательство концепции целевой модуляции у пациентов также обнадеживает, так как ранние доказательства клинической активности при меланоме 17-AAG сейчас находятся в исследованиях фазы II в качестве единственного агента и в исследованиях комбинации с цитотоксическими и другими агентами, такими как ингибитор протеасом бортезомиб также в стадии разработки. В клинике также проходят оценку улучшенные составы для парентерального применения. Ингибиторы на основе радицикола не вошли в клиническую разработку. Вслед за первоначальным подтверждением концептуальных исследований с добавками натуральных продуктов был достигнут значительный прогресс в доклинической разработке низкомолекулярных синтетических ингибиторов, о чем свидетельствует пурин и пиразол составы на основе. Недавний быстрый прогресс основан на обширных знаниях, полученных с помощью ингибиторов натуральных продуктов, и является хорошим примером ценности исследований химической биологии, в которых сначала определяется биологическая активность, а затем обнаруживается молекулярная мишень с помощью подробных биологических исследований. Текущая деятельность в области медицинской химии сосредоточена на комбинированном использовании высокопроизводительного скрининга и структурного дизайна в сочетании с оценкой соединений в надежных и механически информативных биологических анализах. Следующее десятилетие будет захватывающим в области HSP90, поскольку клиническая активность первых препаратов на основе гелданамицина тщательно оценивается, а ряд синтетических низкомолекулярных агентов находится на стадии доклинической и клинической разработки. Конкретные области интереса будут включать потенциал для перорально активных ингибиторов HSP90 и для разработки селективных изоформ лекарств, нацеленных на определенных членов семейства HSP90 (DMAG –N-OXIDE). Ингибиторы HSP90 также можно оценивать при заболеваниях, отличных от рака, и при которых дефекты сворачивания белка вовлечены в патологию заболевания. Можно предсказать, что дополнительные молекулярные шапероны теперь будут нацелены на терапевтическое вмешательство при раке и других заболеваниях. Кроме того, можно предусмотреть портфель лекарств, нацеленных на различные точки в путях контроля качества белка злокачественных клеток и при других состояниях болезней.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уайтселл Л., Мимно Э. Г., Де Коста Б., Майерс К. Э., Некерс Л. М. (август 1994 г.). «Ингибирование образования гетеропротеинового комплекса белка теплового шока HSP90-pp60v-src бензохиноновыми ансамицинами: важная роль стрессовых белков в онкогенной трансформации». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 91 (18): 8324–8. Дои:10.1073 / пнас.91.18.8324. ЧВК  44598. PMID  8078881.
  2. ^ Портер Дж. Р., Фриц С. К., Депью К. М. (июнь 2010 г.). «Открытие и разработка ингибиторов Hsp90: многообещающий путь лечения рака». Curr Opin Chem Biol. 14 (3): 412–20. Дои:10.1016 / j.cbpa.2010.03.019. PMID  20409745.
  3. ^ Ким Ю.С., Аларкон С.В., Ли С., Ли М.Дж., Джаккон Джи, Некерс Л., Трепель Дж.Б. (2009). «Обновленная информация об ингибиторах Hsp90 в клинических испытаниях». Curr Top Med Chem. 9 (15): 1479–92. Дои:10.2174/156802609789895728. ЧВК  7241864. PMID  19860730.
  4. ^ Чжао Р., Хури, Вашингтон (декабрь 2005 г.). «Hsp90: шаперон для сворачивания белков и регуляции генов». Biochem. Cell Biol. 83 (6): 703–10. Дои:10.1139 / o05-158. PMID  16333321.
  5. ^ Хадден МК, Любберс DJ, Благг Б.С. (2006). «Гелданамицин, радицикол и химерные ингибиторы N-концевого сайта связывания АТФ Hsp90». Curr Top Med Chem. 6 (11): 1173–82. Дои:10.2174/156802606777812031. PMID  16842154.
  6. ^ Мартинс А.С., Ордоньес Дж. Л., Гарсиа-Санчес А., Эрреро Д., Севильяно В., Осуна Д., Макинтош С., Кабальеро Г., Отеро А. П., Поремба С., Мадос-Гурпид Дж., Де Алава Е. (август 2008 г.). «Ключевая роль белка теплового шока 90 в резистентности саркомы Юинга к лечению рецептора антиинсулиноподобного фактора роста 1: исследование in vitro и in vivo». Рак Res. 68 (15): 6260–70. Дои:10.1158 / 0008-5472.CAN-07-3074. PMID  18676850.
  7. ^ Чандрасекаран А., Паккирисвами С., Ю Дж. Л., Ачарья А., Пакирисами М., Максвелл Д. (2008). «Биорезистивная идентификация белка теплового шока 90». Биомикрофлюидика. 2 (3): 34102. Дои:10.1063/1.2963104. ЧВК  2716925. PMID  19693369.
  8. ^ а б Канг Б.Х., Плешиа Дж., Сонг Х.Й., Мели М., Коломбо Дж., Биби К., Скроггинс Б., Некерс Л., Алтьери, округ Колумбия (март 2009 г.). «Комбинаторная разработка лекарств, нацеленных на множество сигнальных сетей рака, контролируемых митохондриальным Hsp90». J. Clin. Вкладывать деньги. 119 (3): 454–64. Дои:10.1172 / JCI37613. ЧВК  2648691. PMID  19229106.
  9. ^ Лаурия А., Ипполито М., Альмерико А.М. (февраль 2009 г.). «Внутри режима связывания ингибиторов Hsp90 посредством индуцированной стыковки». J. Mol. График. Модель. 27 (6): 712–22. Дои:10.1016 / j.jmgm.2008.11.004. PMID  19084447.
  10. ^ Кларк П.А., Хостин И., Банерджи Ю., Стефано Ф. Д., Мэлони А., Уолтон М., Джадсон И., Уоркман П. (август 2000 г.). «Профили экспрессии генов раковых клеток толстой кишки человека после ингибирования передачи сигнала 17-аллиламино-17-деметоксигельданамицином, ингибитором молекулярного шаперона hsp90». Онкоген. 19 (36): 4125–33. Дои:10.1038 / sj.onc.1203753. PMID  10962573.
  11. ^ Аль Шаер Л., Уолсби Е., Гилкс А., Тонкс А., Уолш В., Миллс К., Бернетт А., Раунтри С. (май 2008 г.). «Ингибирование белка теплового шока 90 цитотоксично для первичных клеток AML, экспрессирующих мутантный FLT3, и приводит к изменению передачи сигналов ниже по течению». Br. J. Haematol. 141 (4): 483–93. Дои:10.1111 / j.1365-2141.2008.07053.x. PMID  18373709. S2CID  19960441.
  12. ^ Gausdal G, Gjertsen BT, Fladmark KE, Demol H, Vandekerckhove J, Døskeland SO (декабрь 2004 г.). «Каспазозависимое, гелданамицин-усиленное расщепление ко-шаперона p23 при лейкозном апоптозе». Лейкемия. 18 (12): 1989–96. Дои:10.1038 / sj.leu.2403508. PMID  15483679.
  13. ^ Piper PW, Millson SH, Mollapour M, Panaretou B, Siligardi G, Pearl LH, Prodromou C (декабрь 2003 г.). «Чувствительность к лекарственным средствам, нацеленным на Hsp90, может возникать при мутации шаперона Hsp90, кохаперонов и переносчиков кассетных переносчиков АТФ плазматической мембраны дрожжей». Евро. J. Biochem. 270 (23): 4689–95. Дои:10.1046 / j.1432-1033.2003.03866.x. PMID  14622256.
  14. ^ Хиоз Дж., Лукас Б., Хуэзо Х, Солит Д., Бассо А., Розен Н. (октябрь 2003 г.). «Разработка пуриновых каркасных низкомолекулярных ингибиторов Hsp90». Цели лекарств от рака Curr. 3 (5): 371–6. Дои:10.2174/1568009033481778. PMID  14529388.