CN113773258A - 人源lrrk2蛋白小分子抑制剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以人源LRRK2蛋白为靶点的小分子抑制剂及其应用，属于制药技术领域。本发明将LRRK2的激酶结构域作为靶点，利用同源模建的方法构建了LRRK2激酶结构域的三维结构，选取其Ⅰ型抑制剂结合口袋，利用Glide程序进行分子对接，从160多万个化合物中虚拟筛选得到靶向人源LRRK2蛋白的小分子抑制剂LY2019‑006，并进行激酶活性抑制实验，验证了化合物LY2019‑006对LRRK2激酶活性的抑制作用，并进行了分子动力学模拟研究，在分子水平上阐明了化合物LY2019‑006与靶蛋白的作用机制。所发现的小分子及其药用盐可以为治疗LRRK2有关的疾病，例如帕金森病、阿尔兹海默病、炎症性肠病或麻疯病的新药研发提供基础。本发明的先导化合物可进行进一步的结构优化，具有较好的应用前景。

Description

人源LRRK2蛋白小分子抑制剂及其应用
技术领域
本发明属于生化制药技术领域，具体地涉及以富含亮氨酸重复序列激酶2(LRRK2)蛋白为靶点抑制人LRRK2激酶活性的先导化合物及其药用盐在制备LRRK2相关的病症药物中的应用。
背景技术
LRRK2是一种含2527个氨基酸的大蛋白质，属于ROCO蛋白激酶家族,包含ARM、ANK、LRR、Roc-COR、Kinase和WD40等六个结构域。Roc-COR结构域有GTP酶活性，此结构域通过磷酸结合基序(P环)区域结合鸟嘌呤核苷酸并水解GTP(Biosa A等人.Human moleculargenetics.2013,22(6):1140-56)。Kinase结构域有ATP激酶活性。激酶结构域已经显示在活体外磷酸化多种细胞蛋白质，但内源性底物仍尚未确定。已发现LRRK2广泛表达于大脑，心脏，肾脏，肺脏，肝脏和一些免疫细胞中，广泛参与细胞过程，包括线粒体维持，突触小泡循环，自噬，溶酶体生物学，细胞骨架调节，神经突向外生长调节和翻译控制(Wallings R等人.The FEBS journal,2015,282(15):2806-26)。LRRK2最常见的致病性突变是kinase结构域的G2019S突变，据报道LRRK2中的G2019S突变导致5-6％的家族性和1-2％的散发性帕金森病，是散发性PD的风险因素(Chen J等,European neurology,2018,79(5-6):256-65.)。帕金森病(PD)是一种慢性进行性神经退行性疾病，发病机理十分复杂，是基因和环境等多种因素共同作用的结果。大约80％的PD患者病因来源不明，是特发性的，而剩下的20％的病例被认为是遗传性的(Bhat S等人.Computers in biology and medicine,2018,102:234-241)。其中LRRK2突变是常染色体显性遗传帕金森病最常见的原因。LRRK2突变在散发性PD病例中占1％，在所有家族性PD病例中占5％,占了所有PD病例的2-3％(Alessi DR等人.Science,2018,360(6384):36-37)。G2019S突变使LRRK2的蛋白激酶活性提高约2倍，推测G2019S突变通过增强LRRK2自身磷酸化水平和底物磷酸化水平,引起LRRK2激酶活性增高,影响突触传递、自噬功能，抑制神经轴突的生长，导致多巴胺神经元生长缺陷(Steger M等人.eLife,2016,5.Cookson MR等人.Nature reviews Neuroscience,2010,11(12):791-7)。最近研究发现无突变的特发性PD患者也存在LRRK2蛋白过度激活,自身磷酸化或表达增加,说明无论LRRK2是否突变，其都在PD发展中起关键作用，参与致病过程(Di Maio R等人.Science translational medicine,2018,10(451))。综上，LRRK2及其突变体的激酶活性上升是导致神经元死亡的重要原因，提示控制LRRK2的激酶活性是治疗PD的一个策略。
另外，已经提出，在免疫系统内LRRK2可以参与免疫细胞的活化和成熟，控制针对巨噬细胞中病原体的自由基突发，以及通过细胞因子信号传导调节神经炎症。LRRK2在免疫应答调节中的作用可能证明LRRK2与炎症性肠病和麻风病的易感性的遗传相关性(Wallings R等人.The FEBS journal.2015,282(15):2806-26.Hui KY等人.Sci TranslMed.2018 Jan 10；10(423))。此外LRRK2能够磷酸化引起阿兹海默病的β淀粉样蛋白的前体—APP蛋白，而磷酸化后的APP蛋白进入细胞核后对细胞是有毒性的(Chen ZC等人.SciSignal.2017 Jul 18；10(488))，提示LRRK2与阿尔兹海默症的相关性。
LRRK2抑制剂通过抑制LRRK2激酶活性可以达到治疗帕金森病、阿尔兹海默病、炎症性肠病和麻风病的目的，目前研究的多数LRRK2抑制剂均为ATP竞争性的Ⅰ型激酶抑制剂，大多存在特异性不足、无法通过血脑屏障、有一定毒性等问题(Liu M等人.Biochemistry.2013,52(10):1725-36)，仍然需要发现改良的具有新颖骨架的LRRK2抑制剂。
虚拟筛选(virtual screening)是开发新药中常用的方法，该方法通过选择小分子数据库进行计算法筛选出可能有治疗效用的化学分子，研究它们与药物靶点的结合作用，最终选择相互作用约束力排名最高的化合物作为先导化合物并用于下一步的研究。与实体的药物筛选方法相比，虚拟筛选使用计算机具有明显的优势，可以更快，更经济地找到候选新药物，降低了药物筛选的成本，缩短了新药研发周期。
发明内容
本发明的目的是提供靶向人LRRK2蛋白的先导化合物及其药用盐在制备LRRK2激酶抑制剂中的应用。其中所述的LRRK2介导的疾病选自以下疾病中的至少一种：帕金森病、阿尔兹海默病、炎症性肠病和麻风病。
本发明在对靶标LRRK2蛋白的Ⅰ型抑制剂结合口袋的研究基础上，筛选得到具有新结构实体的靶向人LRRK2蛋白的小分子抑制剂LY2019-006，所述的靶向人LRRK2蛋白的小分子抑制剂为针对LRRK2与ATP结合位点的小分子结构的化合物。
本发明利用同源模建方法构建人LRRK2激酶结构域的三维结构，通过基于LRRK2蛋白结构的虚拟筛选，通过利宾斯基规则筛选、打分函数评分、结合自由能计算、对人LRRK2蛋白激酶活性的抑制实验等多因素综合分析，最终获得了具有药理活性的靶向人LRRK2的活性化合物LY2019-006。
本发明的化合物LY2019-006经实验证实，在体外有显著的抑制人LRRK2激酶活性效果，对无论野生型还是突变型的LRRK2蛋白激酶活性均有很强的抑制(G2019S突变型IC50＝1165nM，野生型IC50＝1526nM)。本发明的化合物可进一步的结构优化，制备治疗LRRK2蛋白相关疾病(包括帕金森病、阿尔兹海默病、炎症性肠病和麻风病)的制剂或药物。
本发明的靶向人LRRK2蛋白的化合物的优点有：
1、具有较强的同时抑制LRRK2野生型和G2019S突变型激酶活性，靶向LRRK2蛋白的作用；
2、所述的化合物LY2019-006及其药用盐衍生物可用于制备以LRRK2蛋白为靶标的疾病(包括帕金森病、阿尔兹海默病、炎症性肠病或麻疯病)的制剂或药物；
3、通过分子动力学模拟方法，研究化合物LY2019-006与LRRK2的相互作用模式，不仅解释了化合物有活性的原因，也为今后的药物结构改造提供了基础。
为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明的靶向人LRRK2蛋白的化合物进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。
附图说明
图1(A)LRRK2蛋白的结构域组成及常见致病突变；(B)同源模建的LRRK2激酶结构，其中棍状显示的小分子为模板自带的小分子抑制剂；
图2为本发明的化合物LY2019-006的化学结构式。
图3为小分子化合物LY2019-006在蛋白水平上对激酶活性的抑制作用。左图为小分子化合物对LRRK2野生型蛋白的抑制曲线。右图为小分子化合物对LRRK2突变型G2019S蛋白的抑制曲线。
图4显示了LRRK2激酶结合口袋与小分子化合物LY2019-006结合模式的代表性构象。上图为小分子化合物与G2019S突变型的结合模式；下图为小分子化合物与野生型的，其中同源模建蛋白的72号残基(对应LRRK2全长蛋白的residue 1950)与小分子化合物形成氢键相互作用。
具体实施方式
实施例1
1、小分子化合物LY2019-006的高通量虚拟筛选方法
(1)蛋白准备
由于研究靶点的结构未知，需要用同源模建的方法来搭建LRRK2的激酶结构域模型。根据已有的混合谱系激酶MLK1(mixed-lineage kinases,MLK1)的晶体结构(PDB code:3dtc)为模版(identities 31％；postive 51％)，采用
Figure BDA0002529916760000021
软件的Prime模块，构建LRRK2激酶结构域(氨基酸序列为1879-2138)。为得到更稳定、更合理的LRRK2激酶域结构，对同源模建后的结构进一步进行了200ns的分子动力学模拟。然后通过聚类分析，重对接方法及拉氏图的考察获得稳定的3个代表性的蛋白结构，用于以后的虚拟筛选。
(2)配体准备
从SPECS和chemdiv化学数据库中下载得到大约共1,600,000个化合物的三维结构，配体库用
Figure BDA0002529916760000022
Maestro软件中的Lig Prep模块进一步结构处理和优化，最小化结构的各种离子状态、互变异构和立体构型等，产生具有结构最优和能量最低的配体。
(3)基于分子对接的虚拟筛选
利用
Figure BDA0002529916760000032
软件的Glide模块进行分子对接。根据Ⅰ型抑制剂结合位点定义结合口袋，格点产生过程中采用程序默认的参数。逐级筛选的精度设置HTVS保留前10％、SP保留前10％、XP保留前50％。用
Figure BDA0002529916760000033
软件中Canvas模块将得到的化合物进行聚类，挑选了28个化合物(见下列结构式)用于下一步活性测试，其中26个来自Chemdiv数据库，另2个化合物来自于SPECS化合物库。
Figure BDA0002529916760000031
Figure BDA0002529916760000041
2、虚拟筛选的28个小分子化合物对LRRK2激酶活性的抑制效果
采用Caliper mobility shift assay方法检测28个小分子化合物抑制LRRK2激酶活性的能力，发现了小分子化合物LY2019-006对野生型和突变型G2019S的LRRK2蛋白均有很好的激酶活性抑制作用(如图3)，小分子化合物LY2019-006抑制LRRK2激酶的半数有效抑制浓度分别为1526nM(野生型)和1165nM(G2019S突变型)。
3、分子动力学模拟研究
基于结构虚拟筛选出小分子化合物LY2019-006，并通过酶活性评价实验证明能有效抑制LRRK2激酶活性。使用Amber14进行分子动力学模拟方法研究小分子化合物LY2019-006与WT、G2019S LRRK2的相互作用机制，发现LRRK2激酶结构域的72号残基(对应LRRK2全长蛋白的1950号残基)与化合物LY2019-006能形成稳定的氢键相互作用，从理论的角度解释了化合物LY2019-006良好的激酶抑制活性原因，并且为小分子化合物的进一步改造提供指导。

Claims (5)

1.一种化合物LY2019-006及其药用盐在制备靶向人LRRK2蛋白药物中的应用。
2.权利要求1中的化合物LY2019-006及其药用盐在制备治疗帕金森病病药物中的应用。
3.权利要求1中的化合物LY2019-006及其药用盐在制备治疗阿尔兹海默病药物中的应用。
4.权利要求1中的化合物LY2019-006及其药用盐在制备治疗炎症性肠病药物中的应用。
5.权利要求1中的化合物LY2019-006及其药用盐在制备治疗麻疯病药物中的应用。
Figure FDA0002529916750000011
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1335836A (zh) * 1998-11-06 2002-02-13 巴斯福股份公司 三环吡唑衍生物
CN109574936A (zh) * 2018-11-23 2019-04-05 沈阳药科大学 一种具有hdac6抑制活性的异羟肟酸类化合物及其应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1335836A (zh) * 1998-11-06 2002-02-13 巴斯福股份公司 三环吡唑衍生物
CN109574936A (zh) * 2018-11-23 2019-04-05 沈阳药科大学 一种具有hdac6抑制活性的异羟肟酸类化合物及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOHN D. KNIGHT等: "Synthesis of NH-, 2H-4,5-Dihydrobenz[g]inazoles and Related Compounds from 1-Tetralone Carbomethoxyhydrazones and Aromatic Esters", 《IND. ENG. CHEM. RES.》 *
SHUOYAN TAN等: "Virtual Screening and Biological Activity Evaluation of New Potent Inhibitors Targeting LRRK2 Kinase Domain", 《ACS CHEM. NEUROSCI.》 *

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