Ингибитор Hsp90 , представляет собой вещество , которое ингибирует , что активность Hsp90 белка теплового шока . Поскольку Hsp90 стабилизирует множество белков, необходимых для выживания раковых клеток, 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 гелданамицин и радицикол, а также полусинтетические производные 17-N-аллиламино-17-деметоксигельданамицина (17AAG).
Ингибитор Hsp90 | |
---|---|
Класс препарата | |
Идентификаторы класса | |
Использовать | Противоопухолевый |
Биологическая мишень | Hsp90 |
В Викиданных |
Механизм действия
Среди белков теплового шока внимание к HSP90 увеличилось из-за его участия в нескольких клеточных явлениях и, что более важно, в прогрессировании заболевания. HSP90 поддерживает белки смерти в состоянии устойчивости к апоптозу за счет прямой ассоциации. Его широкий спектр функций является результатом способности HSP90 сопровождать несколько клиентских белков, которые играют центральную патогенную роль в заболеваниях человека, включая рак, нейродегенеративные заболевания и вирусные инфекции. [4] Гельданамицин напрямую связывается с АТФ-связывающим карманом в N-концевом домене Hsp90 и, следовательно, блокирует связывание нуклеотидов с Hsp90. Анализ эффектов гелданамицина на активацию стероидных рецепторов 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 аутокринных петель, опосредующих выживание и пролиферацию клеток. Так что их блокада - многообещающий терапевтический подход. Анализ протеосом 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 siRNA приводило 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] Так как молекулярные шапероны сверхэкспрессируются в самых разных раковых клетках и в трансформированных вирусами клетках, подавление функции этих шаперонов необходимо для контроля над раковыми клетками, так как 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. Ингибитор HSP90 NVP-BEP800, как было описано, влияет на стабильность клиентов киназ SRC и рост острых лимфобластных лейкозов T-клеток и B-клеток. [7]
Ингибиторы натуральных продуктов
Современные ингибиторы HSP90 разработаны на основе гелданамицина и радицикола, 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 обладает слабой АТФазной активностью. Это говорит о том, 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 препараты также должны обладать потенциалом для принятия уникальной конформации С-образной формы для связывания уникального кармана. Обоснование этой необычной потребности, т.е. изгиба структуры, основано на термодинамическом факте, что молекула, которая требует минимальных структурных изменений для перехода из несвязанного в связанное состояние, не должна испытывать больших энтропийных штрафов, а связывание будет отражаться энтальпийными факторами. [8] [9] Гелданамицин и радицикол плотно связываются с этим карманом и предотвращают высвобождение белка из шаперонного комплекса. Таким образом, белок не может достичь нативной конформации и разрушается протеосомой. [10] 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 гелданамицин, разработано и в настоящее время проходит клинические испытания.
Производное гелданамицина 17 AAG
17-N-Аллиламино-17-деметоксигельданамицин (17AAG) является полусинтетическим производным природного 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 мощный препарат против AML. Известно, что 17 AAG снижает концентрацию клиентских белков, но вопрос о том, влияет ли 17 AAG на гены клиентских белков или 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, не регулируются, что приводит к ингибированию передачи сигнала . [11] Острый миелогенный лейкоз (ОМЛ) остается наиболее распространенной формой лейкемии среди взрослого и пожилого населения. В настоящее время для лечения ОМЛ широко используются антрациклины , цитарабин и этопозид из-за их способности индуцировать апоптоз в лейкозных клетках. 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. [12] Производное ГА 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 регулируемые лигандом факторы транскрипции. 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 связанную с апоптозом двухцепочечную РНК-зависимую протеинкиназу, PKR, и способствуют скорее апоптозному, чем некротическому типу смерти. p23 имеет повышенную экспрессию в карциномах молочной железы. В своем исследовании Гаусдал 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 в 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. [13] [14]
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, является более эффективным. На основе этой информации и передовой техники рационального дизайна лекарств можно построить феноменологически релевантные каркасы. Случайный скрининг in vitro библиотеки малых молекул, родственных пуринам, привел к идентификации и скринингу более 60000 соединений, обладающих ингибирующей способностью. Chiosis и его коллеги сообщили о новом классе ингибиторов HSP90 с использованием рационального дизайна. Важными факторами, рассматриваемыми 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.
- Заселение 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, проницаемостью для клеток 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 С-образную структуру как в связанном, так и в свободном состоянии. PU3, таким образом, образует приемлемый свинец для дальнейшей разработки препаратов 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 цепочка представляет собой один из наиболее важных элементов селективности PU3 для HSp90 по сравнению с аналогичными карманами.
- У основания C6 аминогруппа водородные связи с asp93 - ser52 [15]
Гамитриниб
Нацеливание на сети сигнальных путей вместо одного пути является эффективным способом лечения рака. Hsp90 отвечает за сворачивание белков в нескольких сигнальных сетях в онкогенезе. Митохондриальный Hsp90 участвует в сложном сигнальном пути, который предотвращает инициирование индуцированного апоптоза. Гамитриниб - это небольшая резорциновая молекула, которая специфически действует на митохондриальный Hsp90. Это вызывает внезапную потерю мембранного потенциала, за которой следует разрыв мембраны и начало апоптоза. Также гамитриниб обладает высокой избирательностью и не влияет на нормальные клетки. [9]
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 радикала не вошли в клиническую разработку. Вслед за первоначальным подтверждением концептуальных исследований с натуральными агентами был достигнут значительный прогресс в доклинической разработке низкомолекулярных синтетических ингибиторов, примером которых являются соединения на основе пурина и пиразола . Недавний быстрый прогресс основан на обширных знаниях, полученных с помощью ингибиторов натуральных продуктов, и является хорошим примером ценности исследований в области 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, так как клиническая активность первых препаратов на основе гелданамицина тщательно оценивается, а ряд синтетических низкомолекулярных агентов находится на стадии доклинической и клинической разработки. Особый интерес будет включать в себя потенциал для пероральных активных ингибиторов HSP90 и для разработки изоформ-селективных лекарств, нацеленных на определенных членов семейства HSP90 (DMAG –N-OXIDE). Ингибиторы HSP90 также могут быть оценены при заболеваниях, отличных от рака, и когда 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 в злокачественных клетках и при других состояниях болезней.
Смотрите также
- Люминеспиб
Рекомендации
- ^ Витезелл L, Mimnaugh EG, De Costa B, Myers CE, Neckers LM (август 1994). «Ингибирование образования гетеропротеинового комплекса белка теплового шока HSP90-pp60v-src бензохиноновыми ансамицинами: важная роль стрессовых белков в онкогенной трансформации» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 91 (18): 8324–8. DOI : 10.1073 / pnas.91.18.8324 . PMC 44598 . PMID 8078881 .
- ^ 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. DOI : 10.1016 / j.cbpa.2010.03.019 . PMID 20409745 .
- ^ Ким Ю.С., Аларкон С.В., Ли С., Ли М.Дж., Джакконе Дж., Некерс Л., Трепель Дж. Б. (2009). «Обновленная информация о клинических испытаниях ингибиторов Hsp90» . Curr Top Med Chem . 9 (15): 1479–92. DOI : 10.2174 / 156802609789895728 . PMC 7241864 . PMID 19860730 .
- ^ Чжао Р., Хоури, Вашингтон (декабрь 2005 г.). «Hsp90: шаперон для сворачивания белков и регуляции генов». Биохим. Cell Biol . 83 (6): 703–10. DOI : 10.1139 / o05-158 . PMID 16333321 .
- ^ Хадден МК, Любберс Д.Д., Благг Б.С. (2006). «Гелданамицин, радицикол и химерные ингибиторы N-концевого сайта связывания АТФ Hsp90». Curr Top Med Chem . 6 (11): 1173–82. DOI : 10.2174 / 156802606777812031 . PMID 16842154 .
- ^ 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: исследования in vitro и in vivo» . Cancer Res . 68 (15): 6260–70. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-07-3074 . PMID 18676850 .
- ^ Mshaik R, Simonet J, Georgievski A, Jamal L, Bechoua S, Ballerini P, Bellaye PS, Mlamla Z, Pais de Barros JP, Geissler A, Francin PJ, Girodon F, Garrido C, Quéré R (март 2021 г.). «Ингибитор HSP90 NVP-BEP800 влияет на стабильность киназ SRC и рост острых лимфобластных лейкозов Т-клеток и В-клеток» . Кровь рака Дж . 3 (11): 61. DOI : 10.1038 / s41408-021-00450-2 . PMID 33737511 .
- ^ Чандрасекаран А., Паккирисвами С., Ю Дж. Л., Ачарья А., Пакирисами М., Максвелл Д. (2008). «Биорезистивная идентификация белка теплового шока 90» . Биомикрофлюидика . 2 (3): 34102. DOI : 10,1063 / 1,2963104 . PMC 2716925 . PMID 19693369 .
- ^ 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.). «Комбинаторный дизайн лекарств, нацеленных на множество сигнальных сетей рака, контролируемых митохондриальным Hsp90» . J. Clin. Инвестируйте . 119 (3): 454–64. DOI : 10.1172 / JCI37613 . PMC 2648691 . PMID 19229106 .
- ^ 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. DOI : 10.1016 / j.jmgm.2008.11.004 . PMID 19084447 .
- ^ Кларк П.А., Хостин И., Банерджи Ю., Стефано Ф. Д., Мэлони А., Уолтон М., Джадсон И., Уоркман П. (август 2000 г.). «Профили экспрессии генов клеток рака толстой кишки человека после ингибирования передачи сигнала 17-аллиламино-17-деметоксигельданамицином, ингибитором молекулярного шаперона hsp90» . Онкоген . 19 (36): 4125–33. DOI : 10.1038 / sj.onc.1203753 . PMID 10962573 .
- ^ 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 по отношению к первичным клеткам AML, экспрессирующим мутантный FLT3, и приводит к измененной нижестоящей передаче сигналов» . Br. J. Haematol . 141 (4): 483–93. DOI : 10.1111 / j.1365-2141.2008.07053.x . PMID 18373709 . S2CID 19960441 .
- ^ Gausdal G, Gjertsen BT, Fladmark KE, Demol H, Vandekerckhove J, Døskeland SO (декабрь 2004 г.). «Каспазозависимое, гелданамицин-усиленное расщепление ко-шаперона р23 при лейкозном апоптозе» . Лейкоз . 18 (12): 1989–96. DOI : 10.1038 / sj.leu.2403508 . PMID 15483679 .
- ^ 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. DOI : 10.1046 / j.1432-1033.2003.03866.x . PMID 14622256 .
- ^ Хиоз Дж., Лукас Б., Хуэзо Х, Солит Д., Бассо А., Розен Н. (октябрь 2003 г.). «Разработка пуриновых каркасных низкомолекулярных ингибиторов Hsp90». Curr Cancer Drug Targets . 3 (5): 371–6. DOI : 10,2174 / 1568009033481778 . PMID 14529388 .