DE102011108346A1 - Use of inhibitors of TMPRSS2 as a drug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Hemmstoffen gemäß der allgemeinen Formel Izur Behandlung viraler Infektionen, speziell für die Behandlung von Influenzainfektionen, zur Therapie von inflammatorischen Atemwegserkrankungen oder zur Hemmung der Serinprotease TMPRSS2, wobei X ein CH oder N, R1 ein substituierter zyklischer Sulfonylrest, R2 eine unsubstituierte oder substituierte Amidinogruppe und R3 eine als Amid gekoppelte sekundäre Amingruppe ist.The invention relates to the use of inhibitors according to the general formula I for the treatment of viral infections, especially for the treatment of influenza infections, for the treatment of inflammatory respiratory diseases or for the inhibition of the serine protease TMPRSS2, where X is a CH or N, R1 is a substituted cyclic sulfonyl radical, R2 is a unsubstituted or substituted amidino group and R3 is a secondary amine group coupled as an amide.
Description
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Verwendung von Hemmstoffen der Serinprotease TMPRSS2 zur Herstellung von Arzneimitteln, die zur Behandlung von Erkrankungen einsetzbar sind, bei denen diese Protease beteiligt ist. So sind Hemmstoffe der TMPRSS2 für die Behandlung virusbedingter Erkrankungen geeignet, beispielsweise von Influenzainfektionen. Die Inhibitoren sind auch für die Therapie inflammatorischer Atemwegserkrankungen einsetzbar.The present invention describes the use of inhibitors of serine protease TMPRSS2 for the preparation of medicaments useful in the treatment of diseases involving this protease. Thus inhibitors of TMPRSS2 are suitable for the treatment of virus-related diseases, such as influenza infections. The inhibitors can also be used for the therapy of inflammatory respiratory diseases.
Beschreibung und Stand der TechnikDescription and state of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Na-sulfonylierten sekundärer Amiden substituierter Phenylalanine oder Azaphenylalanine als Hemmstoffe der Serinprotease TMPRSS2 zur Herstellung von Arzneimitteln, die für die Therapie und/oder Prophylaxe von viralen Erkrankungen eingesetzt werden können. Ebenso ist eine Verwendung dieser Verbindungen zur Therapie und/oder Prophylaxe von inflammatorischen Atemwegserkrankungen möglich.The present invention relates to the use of Na-sulfonylated secondary amides of substituted phenylalanines or azaphenylalanines as inhibitors of the serine protease TMPRSS2 for the preparation of medicaments which can be used for the therapy and / or prophylaxis of viral diseases. Likewise, a use of these compounds for the therapy and / or prophylaxis of inflammatory respiratory diseases is possible.
Das Gen für die Serinprotease TMPRSS2 wurde erstmals 1997 identifiziert (
Erste substratanaloge synthetische Inhibitoren der TMPRSS2 wurden vor kurzem beschrieben, die TMPRSS2 mit Ki-Werten > 10 nM hemmen (
Diese Verbindungen besitzen jedoch eine geringe Selektivität und hemmen auch andere trypsinartige Serinproteasen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, für therapeutische Anwendungen geeignete, alternative Wirkstoffe bereitzustellen, die die Serinprotease TMPRSS2 mit hoher Aktivität inhibieren und daher für die Behandlung von Erkrankungen geeignet sind, bei denen diese Protease beteiligt ist.However, these compounds have low selectivity and also inhibit other trypsin-like serine proteases. The invention is therefore based on the object to provide for therapeutic applications, suitable alternative drugs that inhibit the serine protease TMPRSS2 with high activity and therefore are suitable for the treatment of diseases in which this protease is involved.
Durch ein Screening bekannter Hemmstoffe trypsinartiger Serinproteasen, die beispielsweise bereits als Inhibitoren der Proteasen Matriptase, Urokinase (uPA) und Thrombin beschrieben wurden (für Urokinase: z. B.
Als geeignete Hemmstoffe der TMPRSS2 und damit zur Behandlung von viral bedingten Erkrankungen oder Atemwegserkrankungen, die mit der TMPRSS2 in Zusammenhang stehen, erwiesen sich Na-sulfonylierte sekundäre Amide substituierter Phenylalanine oder Azaphenylalanine der allgemeinen Formel (I), wobei
- • X CH oder N ist, und
- • R1 ein einfach oder mehrfach substituierter oder unsubstituierter zyklischer Aryl- oder Heteroarylrest ist, der ein bis drei Ringe enthalten kann, die entweder aneinander gebunden oder miteinander fusioniert sind, und
- • R2 eine Amidinogruppe der folgenden Struktur ist, in der R4 bevorzugt H ist, aber auch -OH, -OCH3 und -O-CO(CH2)nCH3 mit n gleich eine ganze Zahl von 0 bis 5 sein kann, und
- • R3 eine sekundäre Amingruppe ist, die über eine Amidbindung an das zentrale Phenylalanin- oder Azaphenylalanin-Derivat gebunden ist und mehrfach substituiert oder unsubstituiert sein kann.
- • X is CH or N, and
- R 1 is a mono- or polysubstituted or unsubstituted cyclic aryl or heteroaryl radical which may contain one to three rings which are either bonded together or fused together, and
- R 2 is an amidino group of the following structure, in which R 4 is preferably H, but also -OH, -OCH 3 and -O-CO (CH 2 ) n CH 3 where n may be an integer from 0 to 5, and
- • R 3 is a secondary amine group attached via an amide linkage to the central phenylalanine or azaphenylalanine derivative and may be poly-substituted or unsubstituted.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) sind im Sinne der Anmeldung als Prodrugs anzusehen, wenn der Rest R4 an der Gruppe R2 gleich -OH, -OCH3 oder -O-CO(CH2)nCH3 mit n gleich eine ganze Zahl von 0 bis 5, ist. Deren Umwandlung in eine unsubstituierte Amidinogruppe mit R4 gleich H ist in der Literatur ausführlich beschrieben und führt im Organismus zum eigentlich wirksamen Inhibitor (
Als sehr geeignet für die Verwendung als Hemmstoffe der TMPRSS2 und somit für die Behandlung von Erkrankungen, die mit der Aktivität der TMPRSS2 in Zusammenhang stehen, erwiesen sich Verbindungen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Inhibitoren eine Struktur gemäß Formel (II) besitzen wobei
- – X und R2 wie zuvor definiert sind, und
- – Y ein CH oder N ist, falls R7 direkt an Y gebunden ist, oder Y ein CH2 oder NH ist, falls R7 nicht direkt an Y gebunden ist, und
- – m gleich 0, 1 oder 2 ist, und
- – R5
- – ein Aryl- oder Heteroarylrest ist, der auch teilweise hydriert sein kann, und der mit bis zu zwei Resten unabhängig voneinander substituiert sein kann, die ausgewählt werden aus H, Cl, Br, unverzweigtes oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, OH, Alkoxy mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, NH2, Amidin, Guanidin, CF3, CN oder
- – ein Amid der Struktur R6-CO-NH- ist, wobei R6 ein unverzweigter oder verzweigter Alkylrest mit 1-4 Kohlenstoffatomen ist, der substituiert sein kann mit NH2, CH3NH, (CH3)2N, CH3)3N+, Cl, Br, OH, Alkoxy mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, CF3, CN, Amidin, Guanidin oder
- – ein verzweigter oder unverzweigter Alkylrest mit 3–7 Kohlenstoffatomen ist, wobei der Alkylrest substituiert sein kann mit NH2, CH3NH, (CH3)2N, Cl, Br, OH, Alkoxy mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen, CN, Amidin oder Guanidin, und
- – R7
- – NH2, oder ein verzweigter oder unverzweigter NH-Alkyl- oder ein Alkylrest mit 1–6 Kohlenstoffatomen ist, wobei der Alkylrest substituiert sein kann mit NH2, CO-NH2, CH3NH, (CH3)2N, Cl, Br, OH, Alkoxy mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen, CN, Amidin, Guanidin oder NH-CO-NH-R8, und R8 ein H, Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Aryl, Aralkyl, Heteroaryl ist, oder
- – ein -(CH2)p-CO-R9 ist, mit p gleich 0, 1, 2 oder 3 und wobei R9 OH, O-Alkyl mit 1–7 Kohlenstoffatomen, NH2 oder NH-Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, oder
- – ein -(CH2)p-NHCONH-R10 ist, wobei R10 H oder ein Alkyl, Cycloalkyl, Aralkyl, Aryl oder Heteroarylrest ist, der unsubstituiert oder substituiert sein kann, wobei der gegebenenfalls vorhandene Substituent Cl, Br, unverzweigtes oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, OH, Alkoxy mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, NH2, Amidin, CF3, oder CN sein kann,
- – im Falle von X = N auch ein verzweigter oder unverzweigter aliphatischer oder aromatischer oder heteroaromatischer Acylrest mit 1–10 Kohlenstoffatomen ist, und der mit bis zu zwei Resten unabhängig voneinander substituiert sein kann, die ausgewählt werden aus H, Cl, Br, unverzweigtes oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, OH, Alkoxy mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, NH2, Amidin, Guanidin, CF3 oder CN ist.
- X and R 2 are as previously defined, and
- Y is CH or N if R 7 is directly attached to Y, or Y is CH 2 or NH if R 7 is not directly attached to Y, and
- - m is 0, 1 or 2, and
- - R 5
- An aryl or heteroaryl radical which may also be partially hydrogenated and which may be substituted independently of one another by up to two radicals selected from H, Cl, Br, unbranched or branched alkyl having 1 to 4 carbon atoms, OH, Alkoxy of 1 to 3 carbon atoms, NH 2 , amidine, guanidine, CF 3 , CN or
- An amide of structure R 6 -CO-NH-, wherein R 6 is an unbranched or branched alkyl radical of 1-4 carbon atoms which may be substituted with NH 2 , CH 3 NH, (CH 3 ) 2 N, CH 3 ) 3 N + , Cl, Br, OH, alkoxy of 1 to 3 carbon atoms, CF 3 , CN, amidine, guanidine or
- - is a branched or unbranched alkyl radical having 3-7 carbon atoms, wherein the alkyl radical may be substituted with NH 2 , CH 3 NH, (CH 3 ) 2 N, Cl, Br, OH, alkoxy having 1 to 2 carbon atoms, CN, amidine or guanidine, and
- - R 7
- - NH 2 , or a branched or unbranched NH-alkyl or alkyl radical having 1-6 carbon atoms, wherein the alkyl radical may be substituted with NH 2 , CO-NH 2 , CH 3 NH, (CH 3 ) 2 N, Cl , Br, OH, alkoxy 1 to 2 carbon atoms, CN, amidine, guanidine or NH-CO-NH-R 8 , and R 8 is H, alkyl of 1 to 4 carbon atoms or aryl, aralkyl, heteroaryl, or
- - a - (CH 2 ) p -CO-R 9 , where p is 0, 1, 2 or 3 and where R 9 is OH, O-alkyl of 1-7 carbon atoms, NH 2 or NH-alkyl of 1 to 4 Carbon atoms is, or
- - a - (CH 2 ) p -NHCONH-R 10 , wherein R 10 is H or an alkyl, cycloalkyl, aralkyl, aryl or heteroaryl radical which may be unsubstituted or substituted, wherein the optionally present substituent Cl, Br, unbranched or branched alkyl of 1 to 4 carbon atoms, OH, alkoxy of 1 to 3 carbon atoms, NH 2 , amidine, CF 3 , or CN may be,
- In the case of X = N, also a branched or unbranched aliphatic or aromatic or heteroaromatic acyl radical having 1-10 carbon atoms, and which may be substituted independently of one another by up to two radicals selected from H, Cl, Br, unbranched or branched alkyl of 1 to 4 carbon atoms, OH, alkoxy of 1 to 3 carbon atoms, NH 2 , amidine, guanidine, CF 3 or CN.
Als ganz besonders geeignet für die Verwendung als Hemmstoffe der TMPRSS2 und somit für die Behandlung von Erkrankungen, die mit der Aktivität der TMPRSS2 in Zusammenhang stehen, erwiesen sich Verbindungen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Inhibitoren eine Struktur gemäß Formel (III) besitzen worin
- – X wie zuvor definiert ist, bevorzugt aber CH ist, und
- – R7 definiert ist wie zuvor, bevorzugt aber ein -(CH2)n-NH2 oder -(CH2)n-Guanidin mit n = eine ganze Zahl von 4 bis 5 ist, oder ein -(CH2)3-CO-NHCH3, und
- – R10 und R11 unabhängig voneinander ausgewählt werden aus H, Cl, Br, unverzweigtes oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, OH, Alkoxy mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, NH2, H2N-CH2, Amidin, Guanidin, CF3 oder CN, wobei sie bevorzugt Cl sind.
- X is as defined above, but preferably CH is, and
- R 7 is as defined above, but is preferably a - (CH 2 ) n -NH 2 or - (CH 2 ) n guanidine with n = an integer from 4 to 5, or a - (CH 2 ) 3 - CO-NHCH 3 , and
- R 10 and R 11 are independently selected from H, Cl, Br, unbranched or branched alkyl having 1 to 4 carbon atoms, OH, alkoxy having 1 to 3 carbon atoms, NH 2 , H 2 N-CH 2 , amidine, guanidine, CF 3 or CN, preferably being Cl.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen gemäß Formeln (I) bis (III) sowie deren Salze anorganischer und organischer Säuren sind Hemmstoffe der Serinprotease TMPRSS2 und können in Form ihrer pharmazeutisch akzeptablen Salze zur Herstellung von Arzneimitteln für Patienten zur Therapie und/oder Prophylaxe von viralen Erkrankungen, beispielsweise von Influenza-Infektionen sowie für die Behandlung von inflammatorischen Atemwegserkrankungen oder Erkrankungen, hervorgerufen durch den SARS-CoV, verwendet werden. Der Begriff „Patient” bezieht sich dabei gleichermaßen auf Menschen und Wirbeltiere. Damit können die Arzneimittel in der Human- und Veterinärmedizin verwendet werden.The compounds of the invention according to formulas (I) to (III) and their salts of inorganic and organic acids are inhibitors of the serine protease TMPRSS2 and can in the form of their pharmaceutically acceptable salts for the preparation of medicaments for patients for the therapy and / or prophylaxis of viral diseases, for example Influenza infections as well as for the treatment of inflammatory respiratory diseases or diseases caused by the SARS-CoV. The term "patient" refers equally to humans and vertebrates. Thus, the drugs can be used in human and veterinary medicine.
Unter pharmazeutisch akzeptablen Salzen der erfindungsgemäßen Verbindungen zur Verwendung als Hemmstoffe der Serinprotease TMPRSS2 gemäß Formel (I) bis (III) werden die entsprechenden Salze organischer und anorganischer Säuren verstanden, welche nach zuverlässiger medizinischer Beurteilung keine übermäßige Toxizität, Irritationen oder allergische Reaktionen am Patienten auslösen.Pharmaceutically acceptable salts of the compounds according to the invention for use as inhibitors of the serine protease TMPRSS2 according to formulas (I) to (III) are the corresponding salts of organic and inorganic acids which, according to reliable medical assessment, do not trigger excessive toxicity, irritations or allergic reactions on the patient.
Diese pharmazeutisch akzeptablen Salze organischer und anorganischer Säuren sind aufgrund ihrer höheren Wasserlöslichkeit gegenüber den Ausgangs- bzw. Basisverbindungen besonders für die Herstellung von Arzneimitteln geeignet. Diese Salze müssen ein pharmazeutisch verträgliches Anion aufweisen. Geeignete pharmazeutisch verträgliche Säureadditionssalze der erfindungsgemäßen Verbindungen sind z. B. Salze anorganischer Säuren, wie Salzsäure, Bromwasserstoff-, Phosphor-, Metaphosphor-, Salpeter-, Sulfon- und Schwefelsäure oder Salze organischer Säuren wie z. B. Essigsäure, Benzolsulfonsäure, Benzoesäure, Zitronensäure, Ethansulfonsäure, Fumarsäure, Gluconsäure, Glykolsäure, Isethionsäure, Milchsäure, Lactobionsäure, Maleinsäure, Methansulfonsäure, Bernsteinsäure, p-Toluolsulfonsäure, Weinsäure, Trifluoressigsäure. Der im folgenden verwendete Begriff „physiologisch funktionelles Derivat” bezeichnet jedes physiologisch verträgliche Derivat einer erfindungsgemäßen Verbindung der Formel (I) is (III), z. B. einen Ester, der bei Verabreichung an einen Säuger, wie z. B. den Menschen, in der Lage ist, (direkt oder indirekt) eine Verbindung der Formel I oder einen aktiven Metaboliten hiervon zu bilden und für die Verwendung als Hemmstoffe der Serinprotease TMPRSS2 geeignet sind. Die Verbindungen gemäß der allgemeinen Formel I können des Weiteren in verschiedenen Formen verwendet werden, z. B. als amorphe und kristalline polymorphe Formen.These pharmaceutically acceptable salts of organic and inorganic acids are particularly suitable for the preparation of medicaments due to their higher water solubility compared to the starting or basic compounds. These salts must have a pharmaceutically acceptable anion. Suitable pharmaceutically acceptable acid addition salts of the compounds of the invention are, for. As salts of inorganic acids such as hydrochloric acid, hydrobromic acid, phosphorus, metaphosphorus, nitric, sulfonic and Sulfuric acid or salts of organic acids such. Acetic, benzenesulfonic, benzoic, citric, ethanesulfonic, fumaric, gluconic, glycolic, isethionic, lactic, lactobionic, maleic, methanesulfonic, succinic, p-toluenesulfonic, tartaric, trifluoroacetic acids. The term "physiologically functional derivative" used below denotes any physiologically acceptable derivative of a compound of the formula (I) is (III), z. An ester which, when administered to a mammal, such as. Human being, is able to form (directly or indirectly) a compound of formula I or an active metabolite thereof and is suitable for use as inhibitors of the serine protease TMPRSS2. The compounds according to general formula I can furthermore be used in various forms, e.g. B. as amorphous and crystalline polymorphic forms.
Nachfolgend beziehen sich alle Verweise auf die Verwendung von Verbindungen gemäß Formel (I) bis (III) wie vorstehend beschrieben sowie Salze, Solvate und physiologisch funktionellen Derivate wie hierin beschrieben.Hereinafter, all references to the use of compounds of the formula (I) to (III) as described above and salts, solvates and physiologically functional derivatives as described herein relate.
Die Verwendung von Wirkstoffen im Sinne der vorliegenden Erfindung, die sowohl therapeutisch wirksam als auch pharmazeutisch akzeptabel sind, können dem Patienten als Teil einer pharmazeutisch akzeptablen Komposition verabreicht werden. Die Verabreichung kann peroral, parenteral, intravenös, intramuskulär, subkutan, intracisternal, intravaginal, intraperitoneal, intravasculär, intrathekal, intratracheal, intravesikal, topisch, lokal (Puder, Salbe oder Tropfen) oder in Sprayform (Aerosol) erfolgen. Die intravenöse, subkutane, intraperitoneale oder intrathekale Gabe kann dabei kontinuierlich mittels einer Pumpe oder Dosiereinheit erfolgen. Dosierungsformen für die örtliche Administration der erfindungsgemäßen Verbindungen schließen Salben, Puder, Zäpfchen, Sprays und Inhalationsmittel ein. Die aktive Komponente wird dabei unter sterilen Bedingungen mit einem physiologisch akzeptablen Trägerstoff und möglichen Konservierungsmitteln, Puffern, Verdünnungs- und Treibmitteln je nach Bedarf vermischt. Bei der aktiven Komponente kann es sich dabei um Verbindungen gemäß Formel (I) bis (III), deren pharmazeutisch akzeptable Salze oder um Gemische aus Verbindungen gemäß Formel (I) bis (III) und deren pharmazeutisch akzeptable Salze handeln.The use of active ingredients according to the present invention which are both therapeutically effective and pharmaceutically acceptable can be administered to the patient as part of a pharmaceutically acceptable composition. Administration may be peroral, parenteral, intravenous, intramuscular, subcutaneous, intracisternal, intravaginal, intraperitoneal, intravascular, intrathecal, intratracheal, intravesical, topical, topical (powder, ointment or drops) or in spray form (aerosol). The intravenous, subcutaneous, intraperitoneal or intrathecal administration can be carried out continuously by means of a pump or dosing unit. Dosage forms for topical administration of the compounds of the invention include ointments, powders, suppositories, sprays and inhalants. The active component is mixed under sterile conditions with a physiologically acceptable carrier and possible preservatives, buffers, diluents and propellants as needed. The active component may be compounds according to formula (I) to (III), their pharmaceutically acceptable salts or mixtures of compounds of formula (I) to (III) and their pharmaceutically acceptable salts.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der angegebenen Ausführungsbeispiele beschrieben werden.The invention will be described below with reference to the specified embodiments.
Ausführungsbeispieleembodiments
Methoden zur Analyse und Reinigung der VerbindungenMethods for analysis and purification of the compounds
Analytische HPLCAnalytical HPLC
Zur analytischen reversed-phase-HPLC wurde eine HPLC-Anlage LC-10A der Firma Shimadzu, bestehend aus den Teilsystemen CTO-10A Säulenofen, LC-10ATvp Pumpen (2×), DGU-14A Degaser, SIL-10Axl Autoinjektor, SCL-10Avp Systemcontroller, SPD-M10Avp Photodiodenarraydetektor und einer Säule 250/4,6 Nucleodur 100-5 C18 ec der Firma Macherey-Nagel, Germany, unter Benutzung der zugehörigen Software Shimadzu CLASS-VP, Version 7.2.1, verwendet. Die Detektion erfolgte bei 220 nm. Als Elutionsmittel dienten Wasser mit 0,1% TFA (A) und Acetonitril mit 0,1% TFA (B), die Analyse erfolgte bei einer Flussrate von 1 ml/min mit einem linearen Gradienten (1% B/min) und 10% B als Startbedingung.For analytical reversed-phase HPLC was a HPLC system LC-10A Shimadzu, consisting of the subsystems CTO-10A column oven, LC-10ATvp pumps (2 ×), DGU-14A degasser, SIL-10Axl autoinjector, SCL-10Avp System controller, SPD-M10Avp photodiode array detector and a column 250 / 4,6 Nucleodur 100-5 C18 ec Macherey-Nagel, Germany, using the associated software Shimadzu CLASS-VP, Version 7.2.1, used. The detection was carried out at 220 nm. The eluant used was water with 0.1% TFA (A) and acetonitrile with 0.1% TFA (B), the analysis being carried out at a flow rate of 1 ml / min with a linear gradient (1%). B / min) and 10% B as start condition.
Präparative HPLCPreparative HPLC
Alle finalen Inhibitoren wurden mittels präparativer RP-HPLC gereinigt und liegen als TFA-Salze vor. Dazu wurde eine HPLC-Anlage der Firma Varian, bestehend aus den Teilsystemen Varian PrepStar Model 218 präparative Pumpen (2×), Varian ProStar Model 320 UV-Vis Detektor, Varian Fraktionssammler Model 701, und einer Säule VP 250/32 Nucleodur 100-5 C8 ec der Firma Macherey-Nagel (Dünen, Deutschland), unter Benutzung der zugehörigen Star-Software V. 6.0 verwendet. Die Detektion erfolgte bei 220 nm. Als Elutionsmittel dienten ebenfalls Wasser mit 0,1% TFA (A) und Acetonitril mit 0,1% TFA (B) bei einer Flussrate von 20 mL/min und einem geeigneten Gradienten.All final inhibitors were purified by preparative RP-HPLC and are available as TFA salts. To this was added a Varian HPLC system consisting of Varian PrepStar Model 218 preparative pumps (2x), Varian ProStar Model 320 UV-Vis detector, Varian fraction collector Model 701, and a VP 250/32 Nucleodur 100-5 column C8 ec Macherey-Nagel (dunes, Germany), using the associated Star Software V. 6.0. The detection was carried out at 220 nm. Eluent also used water with 0.1% TFA (A) and acetonitrile with 0.1% TFA (B) at a flow rate of 20 mL / min and a suitable gradient.
MassenspektrometrieMass spectrometry
Die Spektren wurden mit einem Gerät der Firma Applied Biosystems (QTrap 2000) aufgenommen.The spectra were recorded with an Applied Biosystems device (QTrap 2000).
Verwendete Abkürzungen used abbreviations
-
- BocBoc
- tert.-Butyloxycarbonyltert-butyloxycarbonyl
- CbzCbz
- Benzyloxycarbonylbenzyloxycarbonyl
- DIPEADIPEA
- Diisopropylethylamindiisopropylethylamine
- DCMDCM
- Dichlormethandichloromethane
- DMFDMF
- N,N-DimethylformamidN, N-dimethylformamide
- HPLCHPLC
- Hochleistungs-FlüssigkeitschromatographieHigh performance liquid chromatography
- i. V.i. V.
- im Vakuumin a vacuum
- LMLM
- Lösungsmittelsolvent
- MSMS
- Massenspektroskopiemass spectroscopy
- NMMNMM
- N-MethylmorpholinN-methylmorpholine
- PyBOPPyBOP
- Benzotriazol-1-yl-N-oxy-tris(pyrrolidino)phosphoniumhexafluorophosphatBenzotriazol-1-yl-N-oxy-tris (pyrrolidino) phosphonium hexafluorophosphate
- RTRT
- Raumtemperaturroom temperature
- TFATFA
- Trifluoressigsäuretrifluoroacetic
Alle eingesetzten Aminosäuren, Kupplungsreagentien und andere Reagentien für die Synthesen wurden von den Firmen Peptech, Senn, Aldrich, Fluka oder Acros bezogen.All of the amino acids, coupling reagents and other reagents used in the synthesis were purchased from Peptech, Senn, Aldrich, Fluka or Acros.
Beispiel 1example 1
Synthetisierte VerbindungenSynthesized compounds
Die Grundstrukturen der für die Experimente verwendeten Verbindungen bzw. Inhibitoren sind bereits bekannt und wurden daher nach den aus der Literatur bekannten Verfahren synthetisiert, am Ende mit präparativer HPLC gereinigt und liegen als TFA-Salze vor (
Beispielsweise wird der besonders wirksame Inhibitor 2 nach folgendem Schema synthetisiert (Schema 1).For example, the particularly
Schema 1: Synthese des Inhibitors 2: (a) Dioxan/1 N NaOH, 1 h bei 0°C rühren und bei RT über Nacht; (b) PyBOP, 2.0 eq. DIPEA in DMF, 15 min 0°C und 3 h bei RT; (c) 2 eq. Baronsäure, 1 mol% Pd(OAc)2 and 2 mol% S-Phos in Toluen mit 3 eq. 2 M Cs2CO3 Lösung, 4 h am Rückfluß; (d) i: 2.5 eq. Hydroxylamin × HCl und 2.5 eq. DIPEA, Rückfluß in Ethanol, 4 h, rühren bei RT über Nacht, gefolgt von Einengen des Lösungsmittel i. V., ii: 3 eq. Ac2O in Essigsäure, 30 min RT, Einengen des Lösungsmittels; iii: Zinkstaub in 90% Essigsäure, rühren über Nacht 30°C; iv: 90% TFA, RT, 1 h, Einengen des Lösungsmittel und Reinigung des Produktes mittels präparativer RP-HPLC und Lyophilisierung.Scheme 1: Synthesis of inhibitor 2: (a) Dioxane / 1N NaOH, stir at 0 ° C for 1 h and at RT overnight; (b) PyBOP, 2.0 eq. DIPEA in DMF, 15 min at 0 ° C and 3 h at RT; (c) 2 eq. Baric acid, 1 mol% Pd (OAc) 2 and 2 mol% S-Phos in toluene with 3 eq. 2 M Cs 2 CO 3 solution, 4 h at reflux; (d) i: 2.5 eq. Hydroxylamine × HCl and 2.5 eq. DIPEA, reflux in ethanol, 4 h, stir at RT overnight, followed by concentration of the solvent i. V., ii: 3 eq. Ac 2 O in acetic acid, 30 min RT, concentration of the solvent; iii: zinc dust in 90% acetic acid, stirring at 30 ° C overnight; iv: 90% TFA, RT, 1 h, concentration of the solvent and purification of the product by preparative RP-HPLC and lyophilization.
Die Verbindungen mit C-terminaler Harnstoffstruktur (z. B., 14, 15, 22–24, 27–31) im C-terminalen sekundären Amidrest R3 der allgemeinen Struktur (i) werden hergestellt, indem man von Intermediat A, dessen Synthese früher bereits beschrieben wurde (siehe
Schema 2: Synthese des Inhibitors 15: (a) 1 N HCl in Essigsäure, 1 h, RT; (b) 1,5 eq. Ethylisocyanat und 2 eq. TEA in DCM über Nacht bei RT; (c) i: 2.5 eq. Hydroxylamin × HCl und 2.5 eq. DIPEA, Rückfluß in Ethanol, 4 h, rühren bei RT über Nacht, gefolgt von Einengen des Lösungsmittel i. V., ii: 3 eq. Ac2O in Essigsäure, 30 min RT, Einengen des Lösungsmittels; iii: H2 mit 10 Gewichtsprozent von 10% Pd/C, rühren über Nacht bei RT in 90% Essigsäure; iv: Einengen des Lösungsmittel und Reinigung des Produktes mittels präparativer RP-HPLC und Lyophilisierung.Scheme 2: Synthesis of inhibitor 15: (a) 1N HCl in acetic acid, 1 h, RT; (b) 1.5 eq. Ethyl isocyanate and 2 eq. TEA in DCM overnight at RT; (c) i: 2.5 eq. Hydroxylamine × HCl and 2.5 eq. DIPEA, reflux in ethanol, 4 h, stir at RT overnight, followed by concentration of the solvent i. V., ii: 3 eq. Ac 2 O in acetic acid, 30 min RT, concentration of the solvent; iii: H 2 at 10% by weight of 10% Pd / C, stirring at RT overnight in 90% acetic acid; iv: Concentration of the solvent and purification of the product by preparative RP-HPLC and lyophilization.
Die Strukturen und analytischen Daten der synthetisierten Inhibitoren sind in Tabelle 1 zusammengefasst.The structures and analytical data of the synthesized inhibitors are summarized in Table 1.
Tabelle 1: Übersicht und analytische Charakterisierung der synthetisierten Inhibitoren (n. b. = nicht bestimmt). Alle Verbindungen liegen als TFA-Salze vor.Table 1: Overview and analytical characterization of the synthesized inhibitors (n.b. = not determined). All compounds are present as TFA salts.
Beispiel 2Example 2
Rekombinante Herstellung der Proteasedomäne der TMPRSS2Recombinant production of the protease domain of TMPRSS2
Klonierung der Protease-Domäne der TMPRSS2:
Die Serinprotease-Domäne wurde vom Expressionsplasmid pCAGGS-TMPRSS2 amplifiziert, wobei
5'-GGATATCATATGAAACATCACCATCACCATCACATCGTGGGCGGTGAGAG-3' und 5'-GGATATGAATTCTTAGCCGTTTGCCTTCATTTG-3' als sense und antisense Primer verwendet wurden. Die Primer wurden so gewählt, dass sich am 5'-Ende der Protease-Domäne eine Nde1-Schnittstelle und am 3'-Ende eine EcoR1-Schnittstelle anschließt. Das ~750 Basenpaar lange Amplifikationsprodukt wurde gereinigt, mit den Restrikionsenzymen Nde1 und EcoR1 verdaut und in einen pET24-b Vektor (Novagen, Merck Biosciences, Bad Soden, Deutschland) zur Proteinexpression in Escherichia coli cloniert.Cloning of the protease domain of TMPRSS2:
The serine protease domain was amplified from the expression plasmid pCAGGS-TMPRSS2, wherein
5'-GGATATCATATGAAACATCACCATCACCATCACATCGTGGGCGGTGAGAG-3 'and 5'-GGATATGAATTCTTAGCCGTTTGCCTTCATTTG-3' were used as sense and antisense primers. The primers were chosen such that at the 5 'end of the protease domain, an Nde1 site and at the 3' end an EcoR1 site. The ~ 750 base pair amplification product was purified, digested with the restriction enzymes Nde1 and EcoR1 and cloned into a pET24-b vector (Novagen, Merck Biosciences, Bad Soden, Germany) for protein expression in Escherichia coli.
Die katalytische Domäne der TMPRSS2 wird, wie weiter unten beschrieben, in Form von inclusion bodies exprimiert, anschließend denaturiert, gereinigt, zurückgefaltet und aktiviert.The catalytic domain of TMPRSS2 is expressed in the form of inclusion bodies, as described below, then denatured, purified, refolded and activated.
Expression, Aufreinigung, Rückfaltung und Aktivierung der katalytischen Domäne der TMPRSS2:
BL21(DE3) codon plus Zellen, die den Expressionsvektor enthalten, wurden in LB-Medium, 30 μg/ml Kanamycin und 35 μg/ml Chloramphenicol bei 37 und 220 rpm inkubiert. Die Expression wurde durch Zugabe von 1 mM IPTG bei einer Zelldichte von OD600 = 1,2 induziert und die Inkubation für weitere drei Stunden fortgesetzt.Expression, Purification, Refolding and Activation of the TMPRSS2 Catalytic Domain:
BL21 (DE3) codon plus cells containing the expression vector were incubated in LB medium, 30 μg / ml kanamycin and 35 μg / ml chloramphenicol at 37 and 220 rpm. Expression was induced by addition of 1 mM IPTG at a cell density of OD 600 = 1.2 and incubation continued for an additional three hours.
Die Zellen wurden geerntet, in Puffer A (50 mM Tris HCl, pH 7.5, 0,9% NaCl) resuspendiert, durch Ultraschall aufgeschlossen und die DNA mittels Benzonase (25 U/g Zellpellet, Novagen) abgebaut. Die inclusion bodies wurden gewaschen und in Puffer B (8 M Harnstoff, 100 mM NaH2PO4, pH 8.0, 10 mM Tris, 5 mM DTT, 5 ml pro 1 ml Pellet) denaturiert. Die unlöslichen Bestandteile wurden durch Zentrifugieren vom denaturierten Protein abgetrennt.The cells were harvested, resuspended in buffer A (50 mM Tris HCl, pH 7.5, 0.9% NaCl), disrupted by ultrasonication, and the DNA digested by means of benzonase (25 U / g cell pellet, Novagen). The inclusion bodies were washed and denatured in buffer B (8 M urea, 100 mM NaH 2 PO 4 , pH 8.0, 10 mM Tris, 5 mM DTT, 5 ml per 1 ml pellet). The insoluble components were separated by centrifugation from the denatured protein.
Die His-Tag gebundene Protease wurde über eine Metall-Chelat Chromatographie (NiNTA Agarose, Qiagen, Hilden, Deutschland) auf gereinigt und die TMPRSS2 enthaltenen Fraktionen vereinigt. Zur Renaturierung wurde die rapid dilution Methode in Renaturierungspuffer (50 mM Tris, pH 7.5, 0,5 M L-Arginin, 20 mM CaCl2, 1 mM EDTA, 100 mM NaCl, Glutathion frisch zugesetzt) zu einer Endkonzentration von 50 μg/ml angewendet. Nach drei Tagen Inkubation bei 4 O wurde die Proteinlösung filtriert, zu einer Konzentration von > 300 μg/ml durch Tangentialfiltration (vivaflow 200,10 kDa cut-off, Sartorius, Göttingen, Deutschland) und Ultrafiltration (vivaspin 20, 10 kDa cut-off, Sartorius) eingeengt und der Puffer zu Aktivierungspuffer (50 mM Tris, pH 7,5, 1 M NaCl, 0,05% Brij 58) ausgetauscht.The His-tagged protease was purified on metal chelate chromatography (NiNTA Agarose, Qiagen, Hilden, Germany) and the fractions containing TMPRSS2 pooled. to Renaturation was the rapid dilution method in Renaturierungspuffer (50 mM Tris, pH 7.5, 0.5 M L-arginine, 20 mM CaCl 2 , 1 mM EDTA, 100 mM NaCl, glutathione added fresh) to a final concentration of 50 ug / ml , After three days of incubation at 4 ° C., the protein solution was filtered to a concentration of> 300 μg / ml by tangential filtration (vivaflow 200.10 kDa cut-off, Sartorius, Göttingen, Germany) and ultrafiltration (
Da für die Aktivität der Serinprotease ein freier N-Terminus essentiell ist, muss die TMPRSS2 durch Abspalten der n-terminalen Peptidsequenz MK(His)6 aktiviert werden. Dies wurde durch Inkubation der Protease für sieben Stunden mit 2,5 U/ml aktivierter DAPaseTM (Qiagen) und anschließender Trennung von aktivierter von nicht-aktivierter TMPRSS2 und His-tag gebundener DAPase über Chelat-Chromatographie erreicht.Since a free N-terminus is essential for the activity of the serine protease, the TMPRSS2 must be activated by cleavage of the n-terminal peptide sequence MK (His) 6 . This was achieved by incubating the protease for seven hours with 2.5 U / ml of activated DAPase ™ (Qiagen) followed by separation of activated non-activated TMPRSS2 and His-tag bound DAPase via chelate chromatography.
Die Ausbeute dieser Vorschrift beträgt etwa 0,6 mg aktiver katalytischer Domäne pro 2 l Zellkultur.The yield of this protocol is about 0.6 mg of active catalytic domain per 2 L cell culture.
Zur Analyse des aufgereinigten Proteins wurde eine SDS-Page mit anschließendem Western-Blot durchgeführt (
Beispiel 3Example 3
Enzymkinetische Untersuchungen zur Bestimmung der TMPRSS2-HemmwirkungEnzyme kinetic studies to determine TMPRSS2 inhibitory activity
Die Bestimmung der TMPRSS2-Hemmwirkung wurde mit einem Fluoreszenz-Plattenreader Safire2 der Firma Tecan (λEx = 380 nm, λEm = 460 nm) und H-dCha-Pro-Arg-AMC × 2 TFA als Substrat durchgeführt. Als Enzym wurde die rekombinant hergestellte Proteasedomäne der TMPRSS2 verwendet.The determination of the TMPRSS2 inhibitory activity was carried out with a fluorescence plate reader Safire 2 from Tecan (λ Ex = 380 nm, λ Em = 460 nm) and H-dCha-Pro-Arg-AMC × 2 TFA as substrate. The enzyme used was the recombinantly produced protease domain of TMPRSS2.
Für die Bestimmung der Hemmkonstanten wurde der Messpuffer (50 mM Tris HCl, pH 8.0, 154 mM NaCl) mit Substrat (Konzentrationen 200, 100, 50 μM im Ansatz) mit verschiedenen Inhibitorkonzentration kombiniert, die mindestens über den Bereich einer Größenordnung variiert wurden. Nach Enzymzugabe wurden die steady-state Geschwindigkeiten mittels linearer Regression bestimmt. Parallel zu jeder Inhibitormessung wurden mittels einer v/S-Charakteristik Km und Vmax (in der Einheit ΔRFU/s) ermittelt. Die Berechnung der Ki-Werte erfolgte durch Anpassung der bestimmten Geschwindigkeiten als Funktion der Inhibitor- und Substratkonzentrationen an die Geschwindigkeitsgleichung für kompetitiv reversibelbindende Inhibitoren: Tabelle 2: Ki-Werte ausgewählter Inhibitoren für die Hemmung der TMPRSS2.
Beispiel 4Example 4
Hemmung der TMPRSS2-vermittelten Virusvermehrung in Gegenwart synthetischer SerinproteaseinhibitorenInhibition of TMPRSS2-Mediated Virus Propagation in the Presence of Synthetic Serine Protease Inhibitors
Für die Experimente wurden MDCK-TMPRSS2-Zellen mit induzierbarer Expression der Protease TMPRSS2 verwendet. MDCK-TMPRSS2-Zellen wurden durch stabile Transfektion von MDCK-Zellen (Madin Darby Canine Kidney) mit den Plasmiden pcEFTet-On/NEO und pTRE2pur-TMPRSS2-FLAG (
Um die Wirksamkeit synthetischer Serinproteaseinhibitoren auf die Hemmung der proteolytischen Aktivierung von Influenzaviren durch TMPRSS2 zu analysieren, wurde die multizyklische Replikation und Virusausbreitung in MDCK-TMPRSS2 Zellen in Anwesenheit der Inhibitoren untersucht. Dazu wurden MDCK-TMPRSS2-Zellen zunächst in 24-well Platten für 24 h in An- und Abwesenheit von 0.2 μg/ml Doxycyclin kultiviert. Die Zellen wurden anschließend mit dem humanen Influenza-Isolat A/Memphis/14/96 (H1N1) infiziert und für 24 h in An- bzw. Abwesenheit verschiedener Inhibitoren bei 37°C und 5% CO2 inkubiert. Im Anschluss wurden infizierte Zellen immunohistochemisch gegen das virale Nukleoprotein gefärbt. Dabei konnte eine konzentrationsabhängige Hemmung der Virusvermehrung und -Ausbreitung durch die verwendeten synthetischen Inhibitoren gezeigt werden. Exemplarisch ist in
Beispiel 5Example 5
Hemmung der TMPRSS2-vermittelten Virusvermehrung durch synthetische Serinproteaseinhibitoren in humanen AtemwegsepithelzellenInhibition of TMPRSS2-Mediated Virus Propagation by Synthetic Serine Protease Inhibitors in Human Airway Epithelial Cells
Zum Nachweis der Hemmwirkung einer TMPRSS2-vermittelten Virusausbreitung wurden Calu-3-Zellen (humane Atemwegsepithelzellen, endogene Expression von TMPRSS2) verwendet. Dazu wurden die Zellen in 6 Well-Platten kultiviert und mit dem humanen Influenzavirus-Isolat A/Memphis/14/96 (H1N1) in An- und Abwesenheit von Inhibitor 2 (50 μM) für 72 h infiziert und zu verschiedenen Zeitpunkten der Virustiter im Zellkulturüberstand mittels Plaque-Test (Bestimmung infektiöser Viren pro ml; pfu: plaque forming units) ermittelt. Dabei konnte eine deutliche Verzögerung der Virusvermehrung sowie eine bis 1000fache Abnahme des Virustiters in Anwesenheit von Inhibitor 2 im Vergleich zur Kontrolle ohne Inhibitor (Mock) beobachtet werden. Dies ist in
AbbildungslegendenFigure legends
Fig. 1Fig. 1
Zur Analyse des aufgereinigten Proteins wurde eine SDS-Page mit anschließendem Western-Blot durchgeführt, wobei TMPRSS2 spezifische Antikörper verwendet wurden. Der Western-Blot ist in
g
Western-Blot unter Verwendung spezifischer TMPRSS2-Antikörper:
- 1. MDCK-Zellen ohne TMPRSS2-Expression
- 2. MDCK-Zellen mit TMPRSS2-Expression
- 3. Active TMPRSS2 exprimiert in E. coli
G
Western blot using specific TMPRSS2 antibody:
- 1. MDCK cells without TMPRSS2 expression
- 2. MDCK cells with TMPRSS2 expression
- 3. Active TMPRSS2 expressed in E. coli
Fig. 2Fig. 2
Fig. 3Fig. 3
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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