Idén om irreversibla inhibitorer som permanent vidhäftar ett målprotein har fått ökad uppmärksamhet för tillämpning i potentiell läkemedelsutveckling. Ett av många hinder är dock möjligheten av proteinmutationer som gör annars effektiva läkemedel farmakologiskt inaktiva.
Nuvarande kovalenta inhibitorer har reaktiva grupper som är kända för att inducera en enda reaktion i målproteiner, vilket irreversibelt stänger av dem. Ibland kan dock mutationer uppstå lättare med specifika aminosyror, vilket stör denna deaktivering.
Nu har ett team av forskare vid Kyoto University utvecklat en ny reaktant som visar effekt på proteiner som har fått läkemedelsresistenta mutationer.
"I Bruton-typ tyrosinkinas (BTK), ett viktigt läkemedelsmål, är en mutation som involverar aminosyrorna cystein till serin - kallad C481S - känd, men vi har ännu inte sett någon för vårt lysinmål", säger Tomonori Tamura från Graduate Ingenjörshögskolan.
"Ändå är det viktigt att vår irreversibla inhibitor åtminstone kan åtgärda C481S-problemet", tillägger Tamura.
Konventionella irreversibla inhibitorer som används i klinisk praxis reagerar endast med proteincysteinrester.
Dessutom är cystein - det mest reaktiva bland de 20 aminosyrorna - inte rikligt vid reaktions- eller bindningsställen. Denna aminosyra kan muteras till en annan aminosyra, vilket gör de cysteininriktade irreversibla inhibitorerna ineffektiva mot läkemedelsresistenta proteiner.
Däremot kan N-acyl-N-arylsulfonamid, eller ArNASA, reagera med lysinrester och är mycket stabil i serumhaltiga medier och andra fysiologiska miljöer.
"Genom att använda denna reaktionsegenskap utvecklade vi den första irreversibla hämmaren av BTK, som har läkemedelsresistenta mutationer", tillägger Tamura.
Tamura-teamets jakt på användbara reaktiva grupper kan komma att förverkligas med ArNASA. Viktigt är att dess elektrofiler tar bort begränsande faktorer genom att minimera hydrolytisk inaktivering och oavsiktliga reaktioner med proteiner utanför målet.
När målet väl kopplar till den irreversibla inhibitorn reagerar den reaktiva gruppen kemiskt med proteinets aminosyror för att bilda en kovalent bindning. Ett obönhörligt bindningsställe resulterar som irreversibelt hämmar proteinaktivitet.
Tamuras team förbättrade en tidigare NASA-grupp - liknande effektivitet som ArNASA men ineffektiv i seruminnehållande media - genom att syntetisera den nya reaktiva gruppen med aromatiska aminer som utgångsmaterial. Forskarna tillämpade ArNASA-gruppen på BTK, ett viktigt terapeutiskt mål för blodcancer som kronisk lymfatisk leukemi.
"Vår studie kommer att sträcka sig bortom cellbaserad forskning till in vivo, och bana väg för utveckling av läkemedel med olika reaktantgrupper som verkar på specifika aminosyror", avslutar Tamura.
Forskningen publiceras i Journal of the American Chemical Society .
Mer information: Masaharu Kawano et al, Lysine-Reactive N-Acyl-N-aryl Sulfonamide Warheads:Improved Reaction Properties and Application in the Covalent Inhibition of an Ibrutinib-Resistant BTK Mutant, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c08740
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av Kyoto University
