Quan điểm về sự phát triển của các chất ức chế Kinase C-Jun N-terminal như một liệu pháp điều trị bệnh Alzheimer: Nghiên cứu cấu trúc thông qua các nghiên cứu lắp ghép

Trừu tượng:

c-Jun N-terminal kinase (JNK) đóng vai trò quan trọng trong việc chết tế bào do các kích thích khác nhau. Do isoform JNK3 chủ yếu được biểu hiện trong não nên người ta cho rằng nó đóng vai trò then chốt trong các bệnh thoái hóa thần kinh khác nhau, bao gồm bệnh Alzheimer (AD) và bệnh Parkinson (PD), những bệnh vẫn chưa có phương pháp điều trị hợp lý. Để phát triển một chất ức chế JNK3 mới và có chọn lọc, chúng tôi đã tiến hành đánh giá theo thập niên (2011 đến 2021) các bài báo đã xuất bản về các chất ức chế JNK, đặc biệt là những bài tập trung vào quan điểm cấu trúc và hiểu biết sâu sắc về cách lắp ghép. Chúng tôi đã quan sát cấu trúc của ba dạng đồng phân của JNK, đó là cấu trúc holo-protein và đồng tinh thể, với các chất ức chế JNK3 và tóm tắt các khía cạnh cấu trúc quan trọng của các chất ức chế JNK3 chọn lọc như liệu pháp điều trị AD.

Bệnh Parkinson là một bệnh thoái hóa phổ biến của hệ thần kinh và các triệu chứng chính của nó bao gồm run, cứng khớp, cử động chậm, rối loạn thăng bằng, v.v. Tuy nhiên, các vấn đề về chức năng trí nhớ liên quan đến các triệu chứng của bệnh Parkinson đang ngày càng được chú ý.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng trí nhớ của bệnh nhân mắc bệnh Parkinson bị ảnh hưởng đáng kể khi thực hiện các nhiệm vụ nhận thức và một số người trong số họ cũng có biểu hiện suy giảm chức năng nhận thức như mất tập trung và giảm độ nhạy nhận thức. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là người mắc bệnh Parkinson không thể có trí nhớ tốt.

Những người mắc bệnh Parkinson có thể cải thiện kỹ năng ghi nhớ của họ thông qua luyện tập và rèn luyện liên tục, đặc biệt bằng cách thực hiện một số bài tập và rèn luyện trí nhớ. Những bài tập này có thể giúp những người mắc bệnh Parkinson cải thiện khả năng nhận thức, phát triển sự tự tin tích cực hơn, cải thiện chất lượng cuộc sống và nâng cao lòng tự trọng của họ.

Trong số đó, một số bài tập trí nhớ đơn giản, bao gồm nhiều hoạt động đọc, viết, tính toán, vẽ và các hoạt động khác, có thể cải thiện hiệu quả khả năng nhận thức của bệnh nhân mắc bệnh Parkinson và khiến họ đối mặt với cuộc sống một cách tích cực và tự tin hơn. Ngoài ra, một số bài tập rèn luyện trí nhớ bao gồm trí nhớ vị trí, trí nhớ số, trí nhớ chữ cái, trí nhớ chuỗi sự kiện,… cũng rất hiệu quả. Những khóa đào tạo này giúp những người mắc bệnh Parkinson đối mặt và đối phó tốt hơn với nhiều vấn đề khác nhau cũng như thích nghi tốt hơn với hoàn cảnh cuộc sống mới của họ.

Nói chung, mặc dù bệnh Parkinson có thể ảnh hưởng đến khả năng chú ý và trí nhớ của bệnh nhân, nhưng việc rèn luyện và tập luyện nhận thức phù hợp có thể giúp bệnh nhân cải thiện chức năng nhận thức và giúp họ thích nghi tốt hơn với tình trạng cuộc sống mới. Vì vậy, bệnh nhân mắc bệnh Parkinson không cần phải lo sợ về vấn đề trí nhớ, chỉ cần họ đối mặt với cuộc sống với thái độ tích cực và tích cực thì chắc chắn họ sẽ có một cuộc sống vui vẻ và năng động. Có thể thấy rằng chúng ta cần phải cải thiện trí nhớ của mình. Cistanche có thể cải thiện đáng kể trí nhớ vì bột thịt là một loại dược liệu cổ truyền của Trung Quốc với nhiều tác dụng độc đáo, một trong số đó là cải thiện trí nhớ. Hiệu quả của thịt băm đến từ nhiều hoạt chất khác nhau, bao gồm axit cacboxylic, polysacarit, flavonoid, v.v. Những thành phần này có thể tăng cường sức khỏe não bộ thông qua nhiều kênh khác nhau.

Bấm vào biết cách cải thiện chức năng não

Từ khóa:

Bệnh Alzheimer; c-Jun N-terminal kinase; chất ức chế protein kinase phân tử nhỏ; JNK3; tính chọn lọc.

1. Giới thiệu

Protein kinase được phát hiện cách đây hơn 65 năm, nhưng chúng chỉ là mục tiêu điều trị trong vòng chưa đầy 30 năm [1,2]. Sự liên quan của protein kinase trong nhiều bệnh đã được xác định dựa trên một số lượng lớn các nghiên cứu và những kinase như vậy từ lâu đã là nhóm mục tiêu phân tử đầy hứa hẹn. Có 518 protein kinase được biết đến được mã hóa trong bộ gen của con người và protein kinase phosphoryl hóa khoảng một phần ba tổng số protein [3,4]. Nhiều nhà nghiên cứu trong các công ty dược phẩm và học viện đã làm việc chăm chỉ trong lĩnh vực này và kết quả là 67 loại thuốc ức chế kinase phân tử nhỏ đã được FDA Hoa Kỳ phê duyệt tính đến năm 2021 [5].

Gleevec, một phương pháp điều trị hiệu quả đối với bệnh bạch cầu dòng tủy mãn tính, được ra mắt vào năm 2001 sau khi được Novartis phát triển, mở đầu kỷ nguyên ức chế protein kinase. Phương pháp điều trị này vẫn đang mở rộng phạm vi ứng dụng của nó. Sau đó, chín chất ức chế protein kinase phân tử nhỏ đã được FDA Hoa Kỳ phê duyệt vào năm 2011 và chúng chỉ nhắm mục tiêu vào các bệnh tăng sinh như ung thư. Tương tự, hầu hết các chất ức chế protein kinase được phê duyệt cho đến nay đều được sử dụng trong ung thư. Tuy nhiên, protein kinase cũng liên quan đến nhiều bệnh khác, bao gồm các bệnh viêm, miễn dịch và tim mạch, cũng như các rối loạn hệ thần kinh trung ương (CNS) như bệnh Alzheimer (AD) và bệnh Parkinson (PD) [6]. Năm 2011, ruxolitinib, một chất ức chế JAK1 và JAK2, đã được phê duyệt làm thuốc điều trị bệnh xơ tủy. Cùng với sự chấp thuận này, nghiên cứu trong lĩnh vực thuốc ức chế kinase không gây ung thư ngày càng trở nên tích cực [7]. Có tới 10 loại thuốc nhắm vào các bệnh ngoài ung thư trong số 67 loại thuốc ức chế protein kinase được FDA phê chuẩn, nhưng chưa có thuốc ức chế protein kinase nào điều trị các rối loạn thần kinh trung ương.

AD được phát hiện vào năm 1906 và khám nghiệm tử thi đã quan sát thấy hai dấu ấn sinh học rõ ràng là mảng tau tangle và amyloid beta (A), nhưng tính đến năm 2021, mục tiêu điều trị rõ ràng vẫn chưa được xác định. Với sự lão hóa nhanh chóng của dân số toàn cầu, các bệnh thoái hóa thần kinh như AD đã trở thành một vấn đề xã hội lớn và có tác động đáng kể không chỉ đối với bệnh nhân mà còn đối với những người khác xung quanh bệnh nhân [8,9]. Bởi vì các chất ức chế protein kinase phân tử nhỏ đang được sử dụng cho nhiều loại bệnh nên các mục tiêu phân tử đã thu hút được sự chú ý đáng kể trong lĩnh vực rối loạn thần kinh trung ương. Trong số nhiều kinase protein CNS tiềm năng, chúng tôi đã chọn c-Jun N-terminal kinase (JNK), một thành viên của họ protein kinase được hoạt hóa bằng mitogen. JNK phosphoryl hóa nhiều yếu tố phiên mã liên quan đến apoptosis, bao gồm c-Jun, ATF, APP và tau, và gây ra apoptosis tế bào [10].

JNK phản ứng với các kích thích khác nhau như cytokine, chất độc thần kinh, stress oxy hóa và axit béo. Khi các kích thích lần đầu tiên đến màng tế bào, tín hiệu sẽ được chuyển đến protein kinase được hoạt hóa bằng mitogen (MAPKKK), MAPKK4 và MAPKK7 thông qua quá trình phosphoryl hóa. Tiếp theo, JNK phosphoryl hóa MAPKK4 và MAPKK7 được kích hoạt ở hai vị trí khác nhau và JNK được phosphoryl hóa sau đó phosphoryl hóa đầu N của c-Jun để tạo ra tín hiệu apoptotic [11]. Ngoài ra, JNK trực tiếp phosphoryl hóa các protein apoptotic như BIM và BMF và kích hoạt chúng để kích hoạt caspase [12]. Nhìn chung, JNK tham gia rất nhiều vào các quá trình sinh lý của quá trình apoptosis. Có ba gen JNK khác nhau ở người, đó là jnk1, jnk2 và jnk3 mã hóa 10 đoạn biến thể JNK khác nhau (4 gen đồng hợp tử JNK1/2 và 2 gen tương đồng JNK3), trong đó JNK1 và JNK2 được biểu hiện rộng rãi nhất (Hình 1).

Không giống như JNK1 và JNK2, JNK3 chủ yếu được biểu hiện ở não và chỉ một phần nhỏ được biểu hiện ở tim và tinh hoàn. JNK3 được coi là mục tiêu điều trị tiềm năng cho các bệnh thoái hóa thần kinh liên quan đến chết tế bào thần kinh. Khi c-Jun bị JNK3 phosphoryl hóa, nó cũng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trưởng thành rối của tau. Ngoài ra, JNK3 được biết là có khả năng phosphoryl hóa trực tiếp các protein tau, dẫn đến sự hình thành các đám rối tau.

Một dấu ấn sinh học khác của bệnh lý AD, đó là amyloid beta, cũng liên quan đến JNK3. JNK3 phosphoryl hóa protein tiền chất amyloid (APP) tại T688, gây ra hiện tượng nhập bào APP, được biết đến là bước quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình hình thành amyloid-beta [13].

Cơ chế gây ra apoptosis do mảng bám vẫn chưa rõ ràng. Một mảng tạo ra quá trình phosphoryl hóa protein kinase được kích hoạt AMP (AMPK) và phosphoryl hóa AMPK hoạt hóa TSC2 và Raptor ở S1387 và S792. Quá trình này ức chế con đường mTOR và hệ thống giải cứu tế bào đại diện, đồng thời tạo ra một khối dịch mã ngăn cản sự biểu hiện protein [14]. Hiện tượng này gây ra căng thẳng lưới nội chất oxy hóa lan rộng, đi kèm với phản ứng protein chưa được giải phóng gây ra các phản ứng thứ cấp như phản ứng viêm, kích hoạt lại JNK3. Một lý do cơ bản khác để dự đoán rằng tình trạng chết tế bào thần kinh sẽ giảm trong não của bệnh nhân AD khi JNK3 bị ức chế là tình trạng chết tế bào thần kinh và suy giảm nhận thức cũng giảm trong mô hình chuột FAD loại JNK3 [15] (xem Hình 2).

2. Hiện trạng phát triển của thuốc ức chế JNK

2.1. Thuốc ức chế Pan-JNK

SP600125 (Hình 3) là chất ức chế pan-JNK đầu tiên được biết đến với giá trị IC50 lần lượt là 90, 40 và 40 nM đối với JNK3, JNK2 và JNK1. Hợp chất này là chất ức chế JNK đầu tiên được nghiên cứu và sự hiểu biết về đường truyền tín hiệu nội bào của JNK đã được mở rộng. Ban đầu, nó được phát triển bằng cách sử dụng các tế bào ung thư làm dấu hiệu cho thấy tế bào chết theo chương trình, nhưng sau đó, hợp chất này thể hiện tác dụng bảo vệ thần kinh trong các mô hình động vật PD do MPTP gây ra. Nó cũng làm giảm sự vướng víu của sợi thần kinh và mảng A trong mô hình động vật AD [16–18]. Hiệu lực và tính chọn lọc của SP600125 không dẫn đến sự phát triển thuốc, nhưng nó là hợp chất khiến nhiều nhà khoa học coi JNK là mục tiêu thuốc hấp dẫn.

AS602801 (Hình 3) là chất ức chế pan-JNK hoạt động bằng đường uống. Các giá trị IC50 lần lượt là 230, 90 và 80 nM cho JNK3, JNK2 và JNK1. Nó đã chứng minh tác dụng đáng kể đối với bệnh lạc nội mạc tử cung khi được sử dụng trong liệu pháp kết hợp với hormone hoặc đơn trị liệu ở mô hình khỉ đầu chó và động vật gặm nhấm. Mặc dù AS602801 không phải là chất ức chế chọn lọc, nhưng đã có nỗ lực nhằm vào các bệnh liên quan đến miễn dịch bằng phương pháp điều trị AS602801, không giống như SP600125. Hợp chất này đã được đưa vào thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II vào năm 2012 với chỉ định điều trị lạc nội mạc tử cung [19,20].

Tanzisertib (Hình 3) là chất ức chế pan-JNK hoạt động bằng đường uống thứ ba, với các giá trị IC50 lần lượt là 6, 7 và 61 nM đối với JNK3, JNK2 và JNK1. Tanzisertib đã được chứng minh là có hiệu quả trong các thí nghiệm trên động vật sử dụng mô hình xơ phổi do bleomycin gây ra làm bệnh mục tiêu cho bệnh xơ phổi vô căn. Các thí nghiệm cũng đã chứng minh rằng nó làm giảm việc sản xuất TNF- trong mô hình PK-PD sản xuất TNF- cấp tính do LPS gây ra ở chuột. Nó đã bước vào thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II với chỉ định là xơ phổi vô căn, nhưng các thử nghiệm đã bị dừng lại không rõ lý do [21].

2.2. Thuốc ức chế JNK chọn lọc

Hợp chất 1 (Hình 4) là chất ức chế JNK3 chọn lọc có mức hoạt tính là<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].

Hợp chất 3 (Hình 4) được phát hiện thông qua sàng lọc ảo dựa trên cấu trúc nhiều tầng. Nó thể hiện IC50 40 nM đối với JNK3 và độ chọn lọc đồng phân 2500-so với JNK1 và JNK2, cũng như cấu hình chọn lọc tốt cho 398 kinase. Nó cũng thể hiện hoạt động bảo vệ thần kinh tốt hơn chống lại độc tính tế bào do A gây ra trong tế bào SH-SY5Y so với LiCl, một tác nhân trị liệu tiềm năng cho AD trong ống nghiệm. Các nghiên cứu trên động vật sử dụng chuột cho thấy khả năng học tập và trí nhớ tăng lên cũng như các nghiên cứu về cơ chế cơ bản cho thấy hợp chất này có thể làm giảm đáng kể sự khuếch tán của các mảng fibrillar A thông qua việc ức chế JNK sau quá trình giảm phosphoryl hóa APP và protein tau ở vỏ não và đồi hải mã. [24].

Hợp chất 4 (Hình 4) là chất ức chế chọn lọc JNK2- và JNK3-có giá trị IC50 là 16 nM đối với JNK3, 97 nM đối với JNK2 và 420 nM đối với JNK1. Độ chọn lọc đồng dạng JNK2 không đạt được, nhưng hợp chất này đã thể hiện tính chọn lọc cao so với các họ MAPK khác và các đồng phân JNK1. Là chất ức chế JNK3 trong điều trị bệnh thoái hóa thần kinh, hợp chất này cho thấy tính thấm BBB thuận lợi [25].

3. Phân tích phối cảnh cấu trúc của trang hoạt động của JNK

3.1. Sự chồng chất của cấu trúc tinh thể JNK1, JNK2 và JNK3

Để so sánh cấu trúc của JNK1 và JNK3, hợp chất 3 đã được gắn vào JNK3 (ID Ngân hàng Dữ liệu Protein (PDB): 4WHZ). Thành phần indolin-2-nằm ở vùng bản lề và tương tác với hydro của NH và oxy carbonyl trong khung chính của Met149. Nitơ của thiazol-4-one tạo thành liên kết hydro với Lys93 qua cầu nước và nhóm 2-chloro-phenyl được chôn trong túi kỵ nước gồm Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146, và Leu206, nằm ở mặt sau của khu vực hoạt động bên ngoài phần còn lại của người gác cổng Met146. Met146 tương tác với vòng thơm (trong hợp chất 3, nhóm {{20}chloro-phenyl) trong JNK3.

Khi tư thế neo của hợp chất 3 với JNK3 được đặt chồng lên các cấu trúc tinh thể của JNK1 (ID PDB: 3PZE, 2XRW, 4QTD, 3ELJ, 4AWI và 4L7F) (Hình 5), có vẻ như mọi dư lượng Met108 trong các cấu trúc JNK1 được quan sát có thể xung đột với nhóm 2-chloro-phenyl chiếm lĩnh vùng chọn lọc, trái ngược với methionine146 của JNK3 [26]. Xung đột methionine này có thể giải thích tính chọn lọc của hợp chất 3 đối với JNK3 so với JNK1.

Để xác định cách hoạt động của dư lượng methionine108 của người gác cổng trong vị trí hoạt động của JNK2, tư thế gắn đế của hợp chất 3 được đặt chồng lên ba cấu trúc tinh thể đã được công bố của JNK2 (ID PDB: 3E7O, 7CML và 3NPC) (Hình 6). Mặc dù Met108 trong 3E7O xung đột với nhóm 2-chloro-phenyl chiếm vùng chọn lọc, Met108 từ 7CML và 3NPC tương tác với nhóm 2-chloro-phenyl thông qua tương tác lưu huỳnh-pi, tương tự như Met146 trong trang hoạt động của JNK3 [32]. Hai cấu trúc tạo thành tương tác lưu huỳnh-pi là các holoenzym không có phối tử đồng kết tinh, hoặc các phối tử đồng kết tinh đã có vòng thơm chiếm giữ túi chọn lọc. Trong cấu trúc tinh thể của hợp chất 4, có độ chọn lọc đồng phân chỉ đối với JNK1, nửa naphtalen có tương tác lưu huỳnh-pi với dư lượng Met146 của JNK3 và IC50 của JNK2 là 97 nM, đây là mức hoạt động hợp lý. Trong trường hợp alisertib, xem xét cấu trúc tinh thể của alisertib trên JNK3 (không hiển thị), nhóm tri fluorophenyl chiếm túi chọn lọc và tương tác với Met146, nhưng hoạt động của JNK2 gần giống như hoạt động của JNK3. Bằng cách kết hợp những quan sát này, chúng tôi đã kết luận rằng hợp chất 4 tạo ra dư lượng gác cổng Met108 của JNK2 di chuyển đủ để tạo thành túi kỵ nước tương tự như túi kỵ nước của JNK3.

Hoạt động của phần còn lại của người gác cổng Methionine146 trong vị trí hoạt động của JNK3 được quan sát bằng phương pháp tương tự được mô tả ở trên (Hình 7). Các nhóm Met146 trong bốn cấu trúc tinh thể của JNK3 (ID PDB: 4WHZ, 4W4W, 3OY1, 7KSI) thể hiện tương tác lưu huỳnh-pi với các nhóm 2-chloro-phenyl, ngoại trừ hai cấu trúc tinh thể (ID PDB: 6EMH, 6EQ9 ) trong đó các phối tử đồng kết tinh không chiếm túi kỵ nước [26–32]. Sự chuyển động do hợp chất gây ra của dư lượng methionine trong cấu trúc JNK2 và sự hình thành túi kỵ nước phổ biến hơn trong cấu trúc JNK3. Xu hướng này có thể giải thích tính chọn lọc đồng dạng của JNK. Không có dư lượng Met108 nào trong cấu trúc tinh thể quan sát được của JNK1 di chuyển đủ để tạo thành túi kỵ nước, nhưng trong cấu trúc tinh thể của JNK2 và JNK3, dư lượng methionine di chuyển đủ để tạo ra các túi kỵ nước với các chất ức chế. Do đó, tính chọn lọc đối với JNK1 có thể đạt được thông qua việc chiếm chỗ túi kỵ nước, nhưng tính chọn lọc của JNK2 cần được giải thích thêm.

3.2. Dư lượng khác nhau giữa JNK1 và JNK3

Để nghiên cứu các dư lượng bao gồm vị trí hoạt động của JNK3, chúng tôi đã quan sát các chuỗi dư lượng 45 đến 400 của JNK3 và phát hiện ra rằng dư lượng Leu144 tồn tại trong vị trí hoạt động như một phần tử trong túi chọn lọc. Leu144 hình thành các tương tác kỵ nước với vòng naphthalene của hợp chất 4 trong cấu trúc tinh thể của JNK3 (ID PDB: 3OY1) (Hình 8a). Tuy nhiên, khi cấu trúc tinh thể của JNK1 (ID PDB: 3PZE) được đặt chồng lên phối tử đồng kết tinh của 3OY1 (Hình 8b), Ile106 tồn tại thay cho gốc Leu144 ở cùng một vị trí và xung đột với vòng naphthalene của hợp chất 4 [37]. Khoảng cách giữa Leu144 trong cấu trúc tinh thể của JNK3 và vòng naphthalene được duy trì ở mức 3,53 Å, nhưng Ile106 với cấu trúc tinh thể của JNK1 lại gây ra tiếp xúc không tốt với vòng naphthalene vì nó quá gần ở khoảng cách 2,26 Å. Vì JNK2 cũng có Leu144 ở cùng vị trí với JNK3, nên chúng ta có thể kết luận rằng việc chiếm lĩnh túi chọn lọc không phải là điều kiện tuyệt đối để đạt được khả năng chọn lọc đối với JNK1 và JNK2.

4. Các nhóm chức năng trong mỗi hợp chất góp phần tạo nên tính chọn lọc của đồng phân

Để xác định manh mối cấu trúc của hợp chất ức chế chọn lọc 1 ở chế độ liên kết, chúng tôi đã phân tích chi tiết phức hợp đồng tinh thể 1-JNK3 (Hình 9). Một cặp liên kết hydro được hình thành ở vùng bản lề Met149, nhóm NH của benzamide đóng vai trò là chất cho liên kết hydro và 2-nitơ trong vòng pyrazole đóng vai trò là chất nhận liên kết hydro. Một liên kết hydro khác được hình thành giữa nhóm urê và Lys93 thông qua cầu nước và nhóm 2-chloro-phenyl nằm sâu trong túi kỵ nước, tạo thành tương tác lưu huỳnh-pi với cặn cổng Met146. Việc đưa clorua thay thế ortho dường như rất quan trọng về mặt chọn lọc vì nó làm thay đổi góc của hai vòng về mặt hình dạng và làm cho nhóm phenyl vừa khít với túi chọn lọc [22]. Pyrrolidine được proton hóa trong vùng tiếp xúc với dung môi tạo thành liên kết hydro với Asn89 ở phần trên của vị trí hoạt động. Hợp chất 1 thể hiện tính chọn lọc 210-của JNK3 so với JNK2, cao hơn nhiều so với các chất ức chế JNK3 chọn lọc khác được thử nghiệm. Liên kết hydro giữa pyrrolidine và Asn89 là lời giải thích hợp lý nhất cho hiện tượng này.

Một quan sát tương tự đã được thực hiện đối với cấu trúc đồng tinh thể hỗn hợp 2-JNK3 (Hình 10). Hợp chất 2 cũng có hai liên kết hydro với Met149 ở vùng bản lề, được hình thành bởi nhóm NH từ amit và 2-nitơ của vòng pyrazole. Một liên kết hydro bổ sung đã được tìm thấy trong phân urê với Lys93 thông qua cầu nước. Nhóm chloro phenyl 2-được kết nối với urê thể hiện tương tác lưu huỳnh-pi với dư lượng gác cổng Met146 trong túi chọn lọc và sự thay thế clorua ortho làm cho tương tác này thuận lợi hơn. Tất cả những tương tác này rất giống với mối quan hệ của hợp chất 1 với JNK3. Sự khác biệt duy nhất so với chế độ liên kết của hợp chất 1 là sự mất liên kết hydro trong thành phần tiếp xúc với dung môi, đây dường như là lý do dẫn đến sự thay đổi hoạt tính JNK3 (từ<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.

Chế độ liên kết của hợp chất 3 đã được kiểm tra để khám phá lý do căn bản cho việc hợp chất 3 thể hiện tính chọn lọc gấp 2500-so với JNK2 (Hình 11). Cấu trúc đồng tinh thể không có sẵn cho hợp chất 3 và chúng tôi đã theo dõi chế độ liên kết thông qua mô phỏng lắp ghép. Như được hiển thị trong Hình 5, thành phần indolin-2-nằm ở vùng bản lề, nơi có hai liên kết hydro với Met149, một liên kết hydro với Lys93 thông qua cầu nước và tương tác kỵ nước của {{11 }}nhóm clo-phenyl [24]. Ngoài những tương tác này, chúng tôi nhận thấy rằng 5-flo của indolin-2-tương tác chặt chẽ với các gốc Asn152 và Gln155 (khoảng cách lần lượt là 4,69 Å và 3,41 Å) thông qua liên kết F. Những tương tác này rõ ràng dựa trên sự khác biệt về hoạt tính khi có và không có chất thay thế flo. Ngoài ra, chuỗi bên của Asn152 thể hiện sự tương tác lưỡng cực với nhóm carbonyl của thiazol{24}}one. Cả tương tác liên kết F và lưỡng cực đều có thể giải thích tính chọn lọc cao của hợp chất 3 đối với JNK2.

Ngược lại với tính chọn lọc của hợp chất 3, chúng tôi đã kiểm tra tính chọn lọc thấp của hợp chất 4 để xác định chế độ liên kết của nó (Hình 12). Nó có hai liên kết hydro ở vùng bản lề và nhóm carbonyl của triazole-3-một trực tiếp tạo thành liên kết hydro với Lys93, không giống như các hợp chất trước đó. Vòng naphtalen đi vào túi chọn lọc để hình thành các tương tác kỵ nước và lưu huỳnh-pi với các dư lượng được mô tả ở trên [25]. Mặc dù nhóm cyclohexane được thay thế trong thành phần tiếp xúc với dung môi nhưng không quan sát thấy tương tác bổ sung nào. Tóm lại, các hợp chất có tính chọn lọc đối với JNK2 thường thể hiện các tương tác bổ sung dưới dạng liên kết hydro, liên kết F hoặc tương tác lưỡng cực khi tiếp xúc với dung môi.

5. Kết Luận

Các bệnh thoái hóa thần kinh như AD đang ngày càng trở thành vấn đề xã hội nghiêm trọng do dân số toàn cầu đang già đi nhanh chóng. AD là một căn bệnh có nhu cầu điều trị rất lớn chưa được đáp ứng, đòi hỏi các mục tiêu điều trị phân tử mới. Về các mục tiêu điều trị mới, chúng tôi đã nghiên cứu c-Jun N-terminal-kinase 3, một loại protein kinase quan trọng trong quá trình chết tế bào thần kinh. JNK đóng một vai trò quan trọng trong quá trình apoptotic ở điểm cuối của con đường MAPK và JNK3 dạng đồng phân chủ yếu được biểu hiện trong não. Do đó, nó được coi là mục tiêu của các bệnh thoái hóa thần kinh, trong đó apoptosis thần kinh là một sự kiện quan trọng. Ngoài ra, do JNK3 xuất hiện nhiều lần trong một số con đường bệnh lý của bệnh AD nên chúng tôi coi đây là mục tiêu đầy hứa hẹn để khắc phục căn bệnh này.

Do đó, một danh sách đầy đủ các chất ức chế pan-JNK hiện tại và các chất ức chế JNK3 chọn lọc đã được tập hợp và các chế độ liên kết của chúng đã được kiểm tra. Các chất ức chế JNK3 chọn lọc thường chiếm một vùng kỵ nước (Ile124, Leu126, Leu144, Val145, Met146 và Leu206) được gọi là túi chọn lọc bằng cách đưa một vòng thơm vào chất ức chế JNK3 để nó có thể đi vào sâu trong túi kỵ nước trong vị trí hoạt động của JNK3 . Tính chọn lọc của đồng dạng JNK1 đạt được bằng cách cho phép tương tác kỵ nước và tương tác lưu huỳnh-pi. Sáu cấu trúc tinh thể JNK1, ba JNK2 và sáu JNK3 đã được chọn theo độ phân giải của chúng để so sánh các chuyển động do phối tử gây ra của dư lượng Met của người gác cổng. Trong mỗi trong số sáu đồng tinh thể JNK1, methionine va chạm với vòng thơm trong chất ức chế JNK3 chọn lọc và không có phối tử đồng kết tinh nào có thể vừa với túi kỵ nước. Sự va chạm của methionine gác cổng với vòng thơm cũng được quan sát thấy trong đồng tinh thể của JNK2, nhưng nếu phối tử đồng kết tinh chiếm vùng kỵ nước, thì methionine của JNK2 được tạo ra bởi phối tử và có thể hình thành một túi.

Trong số sáu cấu trúc đồng tinh thể chất ức chế-JNK3 được quan sát, có nhiều trường hợp phối tử chiếm túi kỵ nước chi phối tính chọn lọc này. Bốn phối tử đồng kết tinh chiếm túi kỵ nước và hai phối tử không chiếm túi kỵ nước. Mặc dù mức độ chiếm chỗ khác nhau được quan sát tùy thuộc vào hình dạng của bốn phối tử, tất cả các methionine đều tạo thành một túi kỵ nước.

Như một lời giải thích bổ sung cho các dư lượng bao gồm túi kỵ nước nằm sâu trong vị trí hoạt động, có sự khác biệt giữa Leu của JNK3 và Ile của JNK1. Không giống như Leu tương đối ngắn, dư lượng Ile của JNK1 ngăn các vòng thơm từ trung bình đến lớn xâm nhập vào túi kỵ nước.

Do dư lượng leucine nằm ở túi kỵ nước của JNK2 cũng như JNK3 nên vòng thơm ở vùng kỵ nước không có tác động đáng kể đến độ chọn lọc so với JNK2. Theo những kết quả này, có thể thấy rằng cần phải bổ sung thêm các yếu tố để đạt được tính chọn lọc đồng phân cho JNK2 và có thể hiểu rằng chưa có nhiều chất ức chế vượt qua được trở ngại này.
Về cấu trúc của các chất ức chế JNK3 chọn lọc cũng có tính chọn lọc đối với JNK2, tất cả chúng đều được quan sát thấy có sự liên kết bổ sung trong phần tiếp xúc với dung môi. Chất ức chế JNK3 chọn lọc, cụ thể là hợp chất 1 (Hình 9), tạo thành liên kết H giữa pyrrolidine được proton hóa và Asn89, và một chất ức chế JNK3 chọn lọc khác, cụ thể là hợp chất 3, cũng tạo thành liên kết F giữa flo được thế trong indolin{{11 }}một nhóm và Asn152/Gln155. Các liên kết này là tất cả các tương tác bổ sung trong vùng tiếp xúc với dung môi. Hơn nữa, nhóm carbonyl của thiazole{14}}một trong hợp chất 3 gần với gốc Asn152, được dự đoán là tương tác lưỡng cực.

Một khi đạt được độ chọn lọc đồng dạng, vẫn còn nhiều trở ngại cần vượt qua. Trước hết, do sự tương đồng của các túi liên kết ATP mà hầu hết các chất ức chế protein kinase nhắm tới, nên ưu tiên đạt được tính chọn lọc chung đối với một protein kinome khác ngoài JNK1/2. Thứ hai, cần phải có hiệu lực cao vì nồng độ thuốc điều trị trong cơ thể phải cạnh tranh với ATP, hiện diện ở phạm vi milimol trong tế bào. Thứ ba, cần phải thâm nhập BBB mà không tạo ra các tác dụng phụ lớn, đây là thách thức khó khăn nhất vì AD, căn bệnh mà chúng ta đang cố gắng khắc phục, là một căn bệnh mãn tính và cần phải có phương pháp điều trị để điều trị lâu dài. Vì vậy, trong những chỉ định có thời gian dùng thuốc dài như vậy, tính an toàn rộng rãi trở thành một vấn đề rất quan trọng. Mặc dù việc phát triển các chất ức chế JNK3 như một phương pháp điều trị bệnh thoái hóa thần kinh vẫn chưa thành công nhưng rõ ràng JNK3 là một mục tiêu điều trị đầy hứa hẹn.

JNK3 ngày càng thu hút sự chú ý như một mục tiêu điều trị cho bệnh AD. Những đặc điểm này cần được xem xét khi thiết kế các chất ức chế JNK3 mới, điều này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các chất ức chế JNK3 mạnh và chọn lọc như một phương pháp điều trị AD trong thời gian ngắn.

Kinh phí:

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ nghiên cứu quốc gia Hàn Quốc cấp NRF-2020R1A6A1A03042854 (Trung tâm bệnh lý protein) và NRF-2021R1A2C2007159 (J.-M. Hah).

Tuyên bố của Ban Đánh giá Thể chế:

Không áp dụng được.
Tuyên bố đồng ý sau khi được thông báo:

Không áp dụng được.

Xung đột lợi ích:

Nhưng tac giả không co mâu thuân nao vê quyên lợi để tuyên bô.

Người giới thiệu

1. Burnett, G.; Kennedy, EP Quá trình phosphoryl hóa protein bằng enzym. J. Biol. Chem. 1954, 211, 969–980. [Tham khảo chéo]

2. Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ. Có sẵn trực tuyến: https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/compilationcder-new-molecular-entity-nme-drug-and-new-biologic-approvals (truy cập vào ngày 14 tháng 9 năm 2021).

3. Ficarro, SB; McClelland, ML; Stukenberg, PT; Burke, DJ; Ross, MM; Shabanowitz, J.; Săn, DF; Phân tích Phosphoproteome FM màu trắng bằng phương pháp quang phổ khối và ứng dụng của nó đối với Saccharomyces cerevisiae. Nat. Công nghệ sinh học. 2002, 20, 301–305. [Tham khảo chéo]

4. Cohen, P. Sự điều hòa chức năng protein bằng quá trình phosphoryl hóa nhiều vị trí—Cập nhật 25-năm. Xu hướng sinh hóa. Khoa học. 2000, 25, 596–601. [Tham khảo chéo]

5. Roskoski, RJ Thuộc tính của thuốc ức chế protein kinase phân tử nhỏ được FDA phê chuẩn: Bản cập nhật năm 2021. Dược phẩm. Res. 2021, 165, 105463. [Tham khảo chéo]

6. Muller, S.; Chaikuad, A.; Xám, NS; Knapp, S. Thông tin chi tiết về sự phát triển của chất ức chế kinase chọn lọc. Nat. Chem. Biol. 2015, 11, 818–821. [Tham khảo chéo]

7. Cohen, P.; Alessi, DR Kinase khám phá thuốc—Điều gì tiếp theo trong lĩnh vực này? Hóa chất ACS. Biol. 2013, 8, 96–104. [Tham khảo chéo]

8. Nhỏ, DH; Cappai, R. Alois Bệnh Alzheimer và bệnh Alzheimer: Một viễn cảnh trăm năm. J. Hóa thần kinh. 2006, 99, 708–710. [CrossRef] [PubMed]

9. Nichols, E.; Szoeke, CEI; Volset, SE; Abbasi, N.; Abd-Allah, F.; Abdela, J.; Aichour, MTE; Akinyemi, RO; Alahdab, F.; Asgedom, SW; et al. Gánh nặng toàn cầu, khu vực và quốc gia về bệnh Alzheimer và các chứng sa sút trí tuệ khác, 1990–2016: Phân tích có hệ thống cho Nghiên cứu gánh nặng bệnh tật toàn cầu năm 2016. Lancet Neurol. 2019, 18, 88–106. [Tham khảo chéo]

10. Derijard, B.; Hibi, M.; Ngô, IH; Barrett, T.; Su, B.; Đặng, T.; Karin, M.; Davis, RJ JNK1: Một protein kinase được kích thích bởi tia UV và Ha-Ras liên kết và phosphoryl hóa miền kích hoạt c-Jun. Ô 1994, 76, 1025–1037. [Tham khảo chéo]

11. Johnson, GL; Nakamura, K. Con đường c-jun kinase/kích hoạt do căng thẳng: Quy định, chức năng và vai trò đối với bệnh tật ở người. Biochim. Sinh lý. Acta Mol. Độ phân giải tế bào. 2007, 1773, 1341–1348. [CrossRef] [PubMed]

12. Okazawa, H.; Estus, S. Dòng thác JNK/c-Jun và bệnh Alzheimer. Là. J. Bệnh Alzheimer. Chứng mất trí khác. 2002, 17, 79–88. [Tham khảo chéo]

13. Bruckner, SR; Tammariello, SP; Quan, CY; Flavell, RA; Rakic, P.; Estus, S. JNK3 góp phần kích hoạt c-Jun và apoptosis nhưng không gây ra stress oxy hóa trong các tế bào thần kinh giao cảm bị thiếu yếu tố tăng trưởng thần kinh. J. Hóa thần kinh. 2001, 78, 298–303. [Tham khảo chéo]

14. Gwinn, DM; Shackelford, DB; Egan, DF; Mihaylova, MM; Mery, A.; Vasquez, DS; Thổ Nhĩ Kỳ, BE; Shaw, RJ AMPK phosphoryl hóa raptor làm trung gian cho một điểm kiểm tra trao đổi chất. Mol. Ô 2008, 30, 214–226. [Tham khảo chéo]

15. Yoon, SO; Park, DJ; Ryu, JC; Ozer, HG; Tép, C.; Shin, YJ; Lim, TH; Pastorino, L.; Kunwar, AJ; Walton, JC; et al. JNK3 kéo dài căng thẳng trao đổi chất gây ra bởi một peptide. Tế bào thần kinh 2012, 75, 824–837. [Tham khảo chéo]

For more information:1950477648nn@gmail.com