دیدگاهی در مورد توسعه مهارکننده‌های کیناز N ترمینال C-Jun به عنوان درمانی برای بیماری آلزایمر: بررسی ساختار از طریق مطالعات اتصال

خلاصه:

C-Jun N ترمینال کیناز (JNK) نقش مهمی در مرگ سلولی ناشی از محرک های مختلف دارد. از آنجایی که ایزوفرم JNK3 عمدتاً در مغز بیان می‌شود، اعتقاد بر این است که نقش اساسی در بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مختلف، از جمله بیماری آلزایمر (AD) و بیماری پارکینسون (PD) دارد که هنوز فاقد درمان‌های قابل قبول هستند. برای توسعه یک بازدارنده جدید و انتخابی JNK3، ما یک بررسی دهه‌ای (2011 تا 2021) از مقالات منتشر شده در مورد بازدارنده‌های JNK، به ویژه آن‌هایی که بر دیدگاه ساختاری و بینش‌های متصل تمرکز داشتند، انجام دادیم. ما ساختارهای سه ایزوفرم JNK، یعنی هولو پروتئین‌ها و ساختارهای کریستالی را با مهارکننده‌های JNK3 مشاهده کردیم و جنبه‌های ساختاری مهم مهارکننده‌های انتخابی JNK3 را به عنوان درمان‌های AD خلاصه کردیم.

بیماری پارکینسون یک بیماری دژنراتیو شایع سیستم عصبی است و علائم اصلی آن شامل لرزش، سفتی، کندی حرکت، اختلال تعادل و غیره است. با این حال، مشکلات مربوط به عملکرد حافظه مرتبط با علائم بیماری پارکینسون در حال افزایش است.

مطالعات نشان داده است که حافظه بیماران مبتلا به پارکینسون هنگام انجام وظایف شناختی به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار می گیرد و برخی از آنها نیز اختلالات عملکرد شناختی مانند از دست دادن توجه و کاهش حساسیت شناختی را نشان می دهند. با این حال، این بدان معنا نیست که افراد مبتلا به بیماری پارکینسون نمی توانند حافظه خوبی داشته باشند.

افراد مبتلا به بیماری پارکینسون می توانند مهارت های حافظه خود را با تمرین و تمرین مداوم، به ویژه با انجام برخی تمرینات و تمرینات حافظه بهبود بخشند. این تمرینات می تواند به افراد مبتلا به بیماری پارکینسون کمک کند تا توانایی های شناختی خود را بهبود بخشند، اعتماد به نفس مثبت تری ایجاد کنند، کیفیت زندگی خود را بهبود بخشند و عزت نفس خود را بهبود بخشند.

در این میان، برخی تمرینات ساده حافظه، از جمله خواندن، نوشتن، محاسبات ریاضی، نقاشی و سایر فعالیت‌ها، می‌تواند به طور موثری توانایی شناختی بیماران مبتلا به پارکینسون را بهبود بخشد و آنها را با زندگی مثبت‌تر و با اعتماد به نفس روبرو کند. علاوه بر این، برخی از آموزش های حافظه شامل حافظه مکان، حافظه اعداد، حافظه حروف، حافظه توالی رویدادها و ... نیز بسیار موثر است. این آموزش ها افراد مبتلا به پارکینسون را قادر می سازد تا بهتر با مشکلات مختلف روبرو شوند و با آنها کنار بیایند و بهتر با شرایط زندگی جدید خود سازگار شوند.

در مجموع، اگرچه بیماری پارکینسون ممکن است بر توجه و توانایی حافظه بیماران تأثیر بگذارد، آموزش شناختی مناسب و ورزش می تواند به بیماران کمک کند عملکرد شناختی خود را بهبود بخشند و به آنها کمک کند تا بهتر با وضعیت زندگی جدید خود سازگار شوند. بنابراین، بیماران مبتلا به پارکینسون نباید از مشکلات حافظه بترسند، تا زمانی که زندگی را با نگرش مثبت و مثبت روبرو کنند، مطمئناً زندگی شاد و فعالی خواهند داشت. مشاهده می شود که باید حافظه خود را تقویت کنیم. سیستانچ می تواند به طور قابل توجهی حافظه را بهبود بخشد زیرا خمیر گوشت یک ماده دارویی سنتی چینی است که اثرات منحصر به فرد بسیاری دارد که یکی از آنها بهبود حافظه است. اثربخشی گوشت چرخ کرده از مواد فعال مختلف از جمله اسید کربوکسیلیک، پلی ساکاریدها، فلاونوئیدها و غیره ناشی می شود. این مواد می توانند سلامت مغز را از طریق کانال های مختلف ارتقا دهند.

روی روش های بهبود عملکرد مغز کلیک کنید

کلید واژه ها:

بیماری آلزایمر؛ c-Jun N ترمینال کیناز. مهار کننده پروتئین کیناز مولکولی کوچک؛ JNK3; گزینش پذیری

1. معرفی

پروتئین کینازها بیش از 65 سال پیش کشف شدند، اما برای کمتر از 30 سال اهداف درمانی بوده اند [1،2]. دخالت پروتئین کینازها در بسیاری از بیماری ها بر اساس تعداد زیادی از مطالعات ثابت شده است و چنین کینازهایی مدتهاست که یک گروه هدف مولکولی امیدوارکننده بوده است. 518 پروتئین کیناز شناخته شده در ژنوم انسان رمزگذاری شده است و پروتئین کینازها تقریباً یک سوم کل پروتئین ها را فسفریله می کنند [3،4]. بسیاری از محققان در شرکت‌های داروسازی و دانشگاه‌ها در این زمینه سخت کار کرده‌اند و در نتیجه، 67 داروی مهارکننده کیناز با مولکول کوچک تا سال 2021 توسط FDA ایالات متحده تایید شده است [5].

Gleevec، یک درمان به خوبی تثبیت شده برای لوسمی میلوئید مزمن، در سال 2001 پس از توسعه توسط Novartis راه اندازی شد و عصر مهارکننده پروتئین کیناز را آغاز کرد. این درمان هنوز در حال گسترش دامنه کاربردهای خود است. به دنبال آن، 9 مهارکننده پروتئین کیناز با مولکول کوچک توسط FDA ایالات متحده در سال 2011 تایید شد و آنها منحصراً بیماری های تکثیری مانند سرطان را هدف قرار دادند. به طور مشابه، بیشتر مهارکننده های پروتئین کیناز تایید شده تا کنون در سرطان شناسی استفاده می شود. با این حال، پروتئین کینازها همچنین در بسیاری از بیماری‌های دیگر، از جمله بیماری‌های التهابی، ایمونولوژیک و قلبی عروقی، و همچنین اختلالات سیستم عصبی مرکزی (CNS) مانند بیماری آلزایمر (AD) و بیماری پارکینسون (PD) نقش دارند [6]. در سال 2011، روکسولیتینیب، که یک مهارکننده JAK1 و JAK2 است، به عنوان یک عامل درمانی برای میلوفیبروز تایید شد. همراه با این تایید، تحقیقات در زمینه مهارکننده‌های کیناز غیر سرطانی به طور فزاینده‌ای فعال شد [7]. در میان 67 مهارکننده پروتئین کیناز تایید شده توسط FDA، 10 دارویی وجود دارد که بیماری های خارج از انکولوژی را هدف قرار می دهد، اما هنوز هیچ داروی مهارکننده پروتئین کیناز برای اختلالات CNS وجود ندارد.

پس از میلاد در سال 1906 کشف شد و یک معاینه پس از مرگ دو نشانگر زیستی واضح، یعنی پلاک تاو و آمیلوئید بتا (A) را مشاهده کرد، اما تا سال 2021، هنوز یک هدف درمانی واضح شناسایی نشده است. با پیر شدن سریع جمعیت جهانی، بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مانند AD به یک موضوع اجتماعی اصلی تبدیل شده‌اند و تأثیر قابل‌توجهی نه تنها بر بیماران، بلکه بر سایر افراد اطراف بیماران نیز دارند [8،9]. از آنجایی که مهارکننده های پروتئین کیناز مولکولی کوچک برای طیف وسیعی از بیماری ها استفاده می شود، اهداف مولکولی توجه قابل توجهی را در زمینه اختلالات CNS به خود جلب کرده اند. از بین بسیاری از پروتئین کینازهای CNS بالقوه، ما C-Jun N ترمینال کیناز (JNK) را انتخاب کردیم که عضوی از خانواده پروتئین کیناز فعال شده با میتوژن است. JNKها چندین فاکتور رونویسی مرتبط با آپوپتوز از جمله c-Jun، ATF، APP و tau را فسفریله کرده و آپوپتوز سلولی را القا می کنند [10].

JNK ها به محرک های مختلفی مانند سیتوکین ها، نوروتوکسین ها، استرس اکسیداتیو و اسیدهای چرب پاسخ می دهند. هنگامی که محرک ها برای اولین بار به غشای سلولی می رسند، سیگنال ها از طریق فسفوریلاسیون به پروتئین کیناز فعال شده با میتوژن (MAPKKK)، MAPKK4 و MAPKK7 منتقل می شوند. در مرحله بعد، MAPKK4 و MAPKK7 فعال شده JNK را در دو مکان مختلف فسفریله می کنند و JNK فسفریله شده سپس N-ترمینال c-Jun را فسفریله می کند تا سیگنال آپوپتوز را القا کند [11]. علاوه بر این، JNK به طور مستقیم پروتئین های آپوپتوز مانند BIM و BMF را فسفریله می کند و آنها را برای فعال کردن کاسپازها فعال می کند [12]. به طور کلی، JNK ها به شدت در فرآیندهای فیزیولوژیکی آپوپتوز نقش دارند. سه ژن مختلف JNK انسانی به نام‌های jnk1، jnk2 و jnk3 وجود دارد که 10 پیوند مختلف از گونه‌های JNK (4 JNK1/2 هموزیگوت و 2 JNK3 همولوگ) را رمزگذاری می‌کنند، که JNK1 و JNK2 به طور گسترده بیان می‌شوند (شکل 1).

بر خلاف JNK1 و JNK2، JNK3 بیشتر در مغز بیان می شود و تنها بخش کوچکی در قلب و بیضه بیان می شود. JNK3 یک هدف درمانی بالقوه برای بیماری های عصبی مرتبط با مرگ سلول های عصبی در نظر گرفته شده است. هنگامی که c-Jun توسط JNK3 فسفریله می شود، بلوغ تاو را نیز تسهیل می کند. علاوه بر این، JNK3 به طور مستقیم پروتئین‌های تاو را فسفریله می‌کند، که منجر به تشکیل رگه‌های تاو می‌شود.

یکی دیگر از نشانگرهای زیستی پاتولوژی AD، یعنی آمیلوئید بتا، نیز مربوط به JNK3 است. JNK3 پروتئین پیش ساز آمیلوئید (APP) را در T688 فسفریله می کند و باعث اندوسیتوز APP می شود که به عنوان مهم ترین مرحله در کل فرآیند تشکیل آمیلوئید بتا شناخته شده است [13].

مکانیسم ایجاد آپوپتوز ناشی از پلاک نامشخص است. پلاک‌ها فسفوریلاسیون پروتئین کیناز فعال‌شده با AMP (AMPK) را القا می‌کنند و AMPK فعال TSC2 و Raptor را در S1387 و S792 فسفریلات می‌کنند. این فرآیند مسیر mTOR و سیستم نجات سلولی نماینده را مهار می کند و یک بلوک ترجمه را القا می کند که از بیان پروتئین جلوگیری می کند [14]. این پدیده باعث ایجاد استرس اکسیداتیو شبکه آندوپلاسمی گسترده می شود که با یک پاسخ پروتئینی بازشده همراه است که باعث واکنش های ثانویه مانند پاسخ التهابی می شود که JNK3 را دوباره فعال می کند. دلیل دیگر برای پیش‌بینی کاهش مرگ سلول‌های عصبی در مغز بیماران مبتلا به AD با مهار JNK3 این است که مرگ سلول‌های عصبی و زوال شناختی نیز در یک مدل موش FAD حذف‌شده JNK3 کاهش یافته است [15] (شکل 2 را ببینید).

2. وضعیت توسعه فعلی مهارکننده های JNK

2.1. مهارکننده های Pan-JNK

SP600125 (شکل 3) اولین بازدارنده pan-JNK شناخته شده با مقادیر IC50 90، 40 و 40 نانومتر به ترتیب برای JNK3، JNK2 و JNK1 است. این ترکیب اولین مهارکننده JNK بود که مورد مطالعه قرار گرفت و درک مسیر سیگنال دهی درون سلولی JNK گسترش یافته است. در ابتدا، با استفاده از سلول های سرطانی به عنوان شاخص مرگ سلولی آپوپتوز ساخته شد، اما بعدا، این ترکیب یک اثر محافظت کننده عصبی در مدل های حیوانی PD القا شده با MPTP نشان داد. همچنین درهم تنیدگی نوروفیبریلاری و پلاک های A را در مدل های حیوانی AD کاهش داد [16-18]. قدرت و گزینش پذیری SP600125 منجر به تولید دارو نشده است، اما این ترکیبی است که باعث شده بسیاری از دانشمندان JNK را یک هدف دارویی جذاب بدانند.

AS602801 (شکل 3) یک مهارکننده خوراکی فعال pan-JNK است. مقادیر IC50 230، 90 و 80 نانومتر به ترتیب برای JNK3، JNK2 و JNK1 نشان داده شده است. هنگامی که در درمان ترکیبی با هورمون ها یا به عنوان تک درمانی در مدل های بابون و جوندگان استفاده شد، تأثیر قابل توجهی بر روی اندومتریوز نشان داد. در حالی که AS602801 یک مهارکننده انتخابی نیست، تلاشی برای هدف قرار دادن بیماری‌های مرتبط با ایمنی با درمان AS602801 بر خلاف SP600125 انجام شد. این ترکیب در سال 2012 با اندومتریوز به عنوان اندیکاسیون وارد آزمایشات بالینی فاز II شد [19،20].

Tanzisertib (شکل 3) سومین بازدارنده خوراکی فعال pan-JNK است، با مقادیر IC50 به ترتیب 6، 7 و 61 نانومولار برای JNK3، JNK2 و JNK1. تانزی سرتیب در آزمایشات حیوانی با استفاده از مدل فیبروز ریوی ناشی از بلئومایسین به عنوان یک بیماری هدف برای فیبروز ریوی ایدیوپاتیک ثابت شد. آزمایش‌ها همچنین نشان داده‌اند که تولید TNF- را در مدل PK-PD تولید TNF-القا شده با LPS موش حاد کاهش می‌دهد. این آزمایش وارد فاز دوم آزمایشات بالینی با فیبروز ریوی ایدیوپاتیک به عنوان نشانه شد، اما کارآزمایی ها به دلایل نامعلومی متوقف شده است [21].

2.2. مهارکننده های انتخابی JNK

ترکیب 1 (شکل 4) یک مهارکننده انتخابی JNK3 با سطوح فعالیت است<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].

ترکیب 3 (شکل 4) از طریق غربالگری مجازی مبتنی بر ساختار چند مرحله ای کشف شد. این یک IC50 40 نانومتر برای JNK3 و انتخاب ایزوفرم {6} برابر نسبت به JNK1 و JNK2، و همچنین یک پروفایل انتخابی خوب برای 398 کیناز نشان می‌دهد. همچنین فعالیت محافظت عصبی بیشتری را در برابر سمیت سلولی ناشی از A در سلول‌های SH-SY5Y در مقایسه با LiCl، که یک عامل درمانی بالقوه برای AD در شرایط آزمایشگاهی است، نشان می‌دهد. مطالعات حیوانی با استفاده از موش ها افزایش توانایی های یادگیری و حافظه را نشان داد و مطالعات مکانیسم های زمینه ای نشان داد که این ترکیب می تواند به طور قابل توجهی انتشار پلاک های فیبریلار A را از طریق مهار JNK به دنبال کاهش فسفوریلاسیون پروتئین های APP و تاو در قشر و هیپوکامپ کاهش دهد. [24].

ترکیب 4 (شکل 4) یک مهارکننده انتخابی JNK2- و JNK3- با مقادیر IC50 16 نانومتر برای JNK3، 97 نانومتر برای JNK2، و 420 نانومتر برای JNK1 است. انتخاب ایزوفرم JNK2 به دست نیامد، اما این ترکیب نسبت به سایر خانواده های MAPK و ایزوفرم های JNK1 گزینش پذیری بالایی از خود نشان داد. به عنوان یک مهارکننده JNK3 برای درمان بیماری های عصبی، این ترکیب نفوذپذیری مطلوب BBB را نشان داد [25].

3. تحلیل دیدگاه ساختاری سایت فعال JNK

3.1. روی هم قرار دادن ساختارهای کریستالی JNK1، JNK2، و JNK3

برای مقایسه ساختارهای JNK1 و JNK3، ترکیب 3 به JNK3 (شناسه بانک داده پروتئین (PDB): 4WHZ) متصل شد. ایندولین{5}}یک جزء در ناحیه لولا قرار دارد و با هیدروژن NH و اکسیژن کربونیل در ستون فقرات Met149 تعامل دارد. نیتروژن تیازول{7}}یک پیوند هیدروژنی با Lys93 از طریق پل آبی تشکیل می‌دهد و گروه 2-کلرو فنیل در یک پاکت آبگریز شامل Ile124، Leu126، Leu144، Val145، Met146، مدفون می‌شود. و Leu206 که در پشت سایت فعال فراتر از باقیمانده دروازه‌بان Met146 قرار دارد. Met146 با یک حلقه معطر (در ترکیب 3، گروه 2-کلرو فنیل) در JNK3 تعامل دارد.

هنگامی که موقعیت لنگرگاه ترکیب 3 با JNK3 روی ساختارهای کریستالی JNK1 قرار گرفت (PDB ID: 3PZE, 2XRW, 4QTD, 3ELJ, 4AWI, و 4L7F) (شکل 5), به نظر می رسید که هر باقیمانده Met108 در ساختارهای JNK1 مشاهده شده است. بر خلاف متیونین 146 از JNK3 [26] می تواند با گروه 2-کلرو-فنیل که جیب انتخابی را اشغال می کند، تضاد داشته باشد. این تضاد متیونین می تواند گزینش پذیری ترکیب 3 را برای JNK3 نسبت به JNK1 توضیح دهد.

برای تعیین اینکه چگونه متیونین 108 باقیمانده دروازه‌بان در محل فعال JNK2 عمل می‌کند، حالت لنگر انداخته ترکیب 3 بر روی سه ساختار بلوری منتشر شده از JNK2 (PDB ID: 3E7O، 7CML و 3NPC) قرار گرفت (شکل 6). اگرچه Met108 در 3E7O با گروه 2-کلرو-فنیل که جیب انتخابی را اشغال می کند در تضاد است، Met108 از 7CML و 3NPC با گروه 2-کلرو-فنیل از طریق برهمکنش های گوگرد-pi، مشابه با Met146 تعامل دارد. سایت فعال JNK3 [32]. یا دو ساختاری که برهمکنش‌های گوگرد-پی را تشکیل می‌دهند، هولوآنزیم‌هایی هستند که لیگاندهای متبلور مشترکی ندارند، یا لیگاندهای متبلور شده قبلاً حلقه‌های معطری دارند که جیب انتخاب‌پذیری را اشغال می‌کنند. در ساختار کریستالی ترکیب 4، که دارای ایزوفرم انتخابی فقط برای JNK1 است، نصفه نفتالین یک برهمکنش گوگرد-pi با باقیمانده Met146 JNK3 دارد و IC50 از JNK2 97 نانومولار است که سطح فعالیت معقولی است. در مورد alisertib، با توجه به ساختار کریستالی alisertib در JNK3 (نشان داده نشده)، گروه tri fluorophenyl جیب انتخابی را اشغال می کند و با Met146 تعامل دارد، اما فعالیت JNK2 تقریباً مشابه فعالیت JNK3 است. با ترکیب این مشاهدات، به این نتیجه رسیدیم که ترکیب 4 باقیمانده دروازه‌بان Met108 از JNK2 را وادار می‌کند تا به اندازه کافی حرکت کند تا یک پاکت آبگریز شبیه به JNK3 تشکیل دهد.

رفتار باقی مانده دروازه بان Methionine146 در محل فعال JNK3 با استفاده از همان روشی که در بالا توضیح داده شد مشاهده شد (شکل 7). گروه‌های Met146 در چهار ساختار بلوری JNK3 (شناسه PDB: 4WHZ، 4W4W، 3OY1، 7KSI) برهم‌کنش‌های گوگرد-pi را با گروه‌های کلرو-فنیل 2- نشان می‌دهند، به استثنای دو ساختار کریستالی (PDB ID: 6EQ9، ) که در آن لیگاندهای متبلور شده جیب آبگریز را اشغال نمی کنند [26-32]. حرکت ناشی از ترکیب باقیمانده های متیونین در ساختار JNK2 و تشکیل یک پاکت آبگریز در ساختارهای JNK3 رایج تر است. این تمایل می تواند انتخاب ایزوفرم JNK ها را توضیح دهد. هیچ یک از باقی مانده های Met108 در ساختارهای کریستالی مشاهده شده JNK1 به اندازه کافی حرکت نمی کند تا یک پاکت آبگریز تشکیل دهد، اما در ساختارهای کریستالی JNK2 و JNK3، بقایای متیونین به اندازه کافی حرکت می کنند تا پاکت های آبگریز با بازدارنده ها ایجاد کنند. بنابراین، انتخاب پذیری برای JNK1 را می توان از طریق اشغال جیب آبگریز به دست آورد، اما انتخاب پذیری JNK2 نیاز به توضیح بیشتری دارد.

3.2. باقی مانده های مختلف بین JNK1 و JNK3

برای بررسی بقایای متشکل از سایت فعال JNK3، توالی‌های باقی‌مانده 45 تا 400 از JNK3 را مشاهده کردیم و دریافتیم که باقی‌مانده Leu144 در سایت فعال به‌عنوان عنصری در پاکت انتخابی وجود دارد. Leu144 برهمکنش های آبگریز با حلقه نفتالین ترکیب 4 در ساختار بلوری JNK3 (PDB ID: 3OY1) ایجاد می کند (شکل 8a). با این حال، هنگامی که ساختار کریستالی JNK1 (PDB ID: 3PZE) بر روی لیگاند متبلور شده 3OY1 قرار می گیرد (شکل 8b)، Ile106 به جای باقیمانده Leu144 در همان مکان وجود دارد و با حلقه نفتالین ترکیب 4 در تضاد است. [37]. فاصله بین Leu144 در ساختار کریستالی JNK3 و حلقه نفتالین در 3.53 Å حفظ می شود، اما Ile106 از ساختار بلوری JNK1 باعث تماس بد با حلقه نفتالین می شود زیرا در فاصله 2.26 Å خیلی نزدیک است. از آنجا که JNK2 همچنین دارای Leu144 در همان مکان JNK3 است، می‌توان نتیجه گرفت که اشغال پاکت انتخابی شرط مطلقی برای دستیابی به انتخاب‌پذیری برای JNK1 و JNK2 نیست.

4. گروه های تابعی در هر ترکیب که به انتخاب ایزوفرم کمک می کند

برای تعیین سرنخ‌های ساختاری ترکیب بازدارنده انتخابی 1 در حالت اتصال، ترکیب 1-کمپلکس کریستالی JNK3 را با جزئیات تجزیه و تحلیل کردیم (شکل 9). یک جفت پیوند هیدروژنی در ناحیه لولای Met149 تشکیل می شود، گروه بنزامید NH به عنوان دهنده پیوند هیدروژنی عمل می کند، و نیتروژن موجود در حلقه پیرازول به عنوان گیرنده پیوند هیدروژنی عمل می کند. پیوند هیدروژنی دیگری بین گروه اوره و Lys93 از طریق یک پل آبی تشکیل می‌شود، و گروه 2-کلرو فنیل در اعماق پاکت آبگریز قرار دارد و یک برهمکنش گوگرد-pi را با باقیمانده دروازه‌بان Met146 تشکیل می‌دهد. به نظر می رسد معرفی کلرید جایگزین ارتو از نظر گزینش پذیری مهم باشد زیرا زاویه دو حلقه را از نظر ترکیب تغییر می دهد و باعث می شود که گروه فنیل در پاکت انتخابی قرار بگیرد [22]. پیرولیدین پروتونه شده در ناحیه مواجهه با حلال یک پیوند هیدروژنی با Asn89 در قسمت بالایی محل فعال تشکیل می دهد. ترکیب 1 انتخابی {{16} برابری برای JNK3 نسبت به JNK2 نشان می‌دهد، که بسیار بالاتر از سایر مهارکننده‌های انتخابی JNK3 مورد بررسی است. پیوند هیدروژنی بین پیرولیدین و Asn89 منطقی ترین توضیح برای این پدیده است.

مشاهدات مشابهی برای ترکیب 2-ساختار کریستالی JNK3 انجام شد (شکل 10). ترکیب 2 همچنین دارای دو پیوند هیدروژنی با Met149 در ناحیه لولا است که توسط گروه NH از آمید و نیتروژن 2- حلقه پیرازول تشکیل شده است. یک پیوند هیدروژنی اضافی در قسمت اوره با Lys93 از طریق پل آبی پیدا شد. گروه 2-کلرو فنیل متصل به اوره، برهمکنش گوگرد-pi را با باقیمانده دروازه‌بان Met146 در پاکت انتخابی نشان داد، و جایگزینی کلرید ارتو این تعامل را مطلوب‌تر کرد. همه این فعل و انفعالات بسیار شبیه به رابطه ترکیب 1 با JNK3 بود. تنها تفاوت در مقایسه با حالت اتصال ترکیب 1، از دست دادن پیوندهای هیدروژنی در جزء مواجهه با حلال بود، که به نظر می رسد دلیل تغییر در فعالیت JNK3 باشد (از<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.

حالت اتصال ترکیب 3 برای بررسی منطق ترکیب 3 که دارای گزینش پذیری {{2} برابری نسبت به JNK2 است مورد بررسی قرار گرفت (شکل 11). یک ساختار کریستالی برای ترکیب 3 در دسترس نبود، و ما حالت اتصال را از طریق شبیه‌سازی‌های اتصال کنترل کردیم. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، ایندولین{8}}یک جزء در ناحیه لولا قرار دارد، جایی که دو پیوند هیدروژنی با Met149، یک پیوند هیدروژنی با Lys93 از طریق پل آبی، و برهمکنش آبگریز {{11} وجود دارد. }}گروه کلرو فنیل [24]. علاوه بر این فعل و انفعالات، متوجه شدیم که 5-فلورین ایندولین-2-از طریق پیوند F با باقیمانده‌های Asn152 و Gln155 (به ترتیب فواصل 4.69 و 3.41 Å) تعامل نزدیک دارد. این فعل و انفعالات بر اساس تفاوت در فعالیت با و بدون جایگزینی فلوئور واضح است. علاوه بر این، زنجیره جانبی Asn152 یک برهمکنش دوقطبی با گروه کربونیل تیازول{24}} نشان می‌دهد. هر دو پیوند F و برهمکنش های دوقطبی می توانند گزینش پذیری بالای ترکیب 3 را برای JNK2 توضیح دهند.

برخلاف گزینش پذیری ترکیب 3، گزینش پذیری کم ترکیب 4 را برای شناسایی حالت اتصال آن بررسی کردیم (شکل 12). این دو پیوند هیدروژنی در ناحیه لولا دارد و گروه کربونیل تری آزول{3}یکی بر خلاف ترکیبات قبلی مستقیماً با Lys93 پیوند هیدروژنی ایجاد می کند. حلقه نفتالین برای ایجاد برهمکنش های آبگریز و گوگرد-pi با باقیمانده های شرح داده شده در بالا، وارد پاکت گزینش پذیری می شود [25]. اگرچه گروه سیکلوهگزان در جزء قرار گرفتن در معرض حلال جایگزین شد، هیچ فعل و انفعال دیگری مشاهده نشد. در نتیجه، ترکیبات با گزینش پذیری برای JNK2 معمولاً برهمکنش های اضافی را در قالب پیوندهای هیدروژنی، پیوندهای F یا برهمکنش های دوقطبی در مواجهه با حلال نشان می دهند.

5. نتیجه گیری ها

بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مانند AD بر اساس جمعیت جهانی که به سرعت در حال پیر شدن هستند، به مشکلات اجتماعی بحرانی فزاینده‌ای تبدیل می‌شوند. AD یک بیماری با نیازهای درمانی برآورده نشده عظیم است که به اهداف مولکولی درمانی جدید نیاز دارد. با توجه به اهداف درمانی جدید، ما C-Jun N-terminal-kinase 3 را بررسی کردیم که یک پروتئین کیناز محوری در فرآیند آپوپتوز عصبی است. JNK نقش مهمی در فرآیند آپوپتوز در پایانه مسیر MAPK ایفا می کند و ایزوفرم JNK3 عمدتاً در مغز بیان می شود. بنابراین، آن را به عنوان یک هدف برای بیماری های نورودژنراتیو در نظر می گیرند، که در آن آپوپتوز عصبی یک رویداد کلیدی است. علاوه بر این، از آنجا که JNK3 به طور مکرر در چندین مسیر پاتولوژیک AD ظاهر می شود، ما آن را یک هدف امیدوارکننده برای غلبه بر این بیماری در نظر گرفتیم.

بنابراین، یک لیست جامع از مهارکننده‌های pan-JNK فعلی و مهارکننده‌های انتخابی JNK3 جمع‌آوری شد و حالت‌های اتصال آنها مورد بررسی قرار گرفت. مهارکننده‌های انتخابی JNK3 معمولاً یک منطقه آبگریز (Ile124، Leu126، Leu144، Val145، Met146، و Leu206) را اشغال می‌کنند که با وارد کردن یک حلقه معطر به بازدارنده JNK3، به نام جیب انتخابی نامیده می‌شود تا بتواند به محل فعال آبگریز JNK3 وارد شود. . گزینش پذیری برای ایزوفرم JNK1 با اجازه دادن به برهمکنش های آبگریز و برهمکنش های گوگرد-pi به دست آمد. شش ساختار کریستالی JNK1، سه JNK2، و شش ساختار بلوری JNK3 با توجه به وضوح آنها برای مقایسه حرکات ناشی از لیگاند باقیمانده‌های دروازه‌بان Met انتخاب شدند. در هر یک از شش کریستال مشترک JNK1، متیونین با حلقه معطر موجود در بازدارنده انتخابی JNK3 برخورد کرد و هیچ یک از لیگاندهای متبلور شده نتوانستند در جیب آبگریز قرار بگیرند. برخورد متیونین دروازه بان با حلقه معطر نیز در کریستال JNK2 مشاهده شد، اما اگر لیگاند متبلور شده منطقه آبگریز را اشغال کند، متیونین JNK2 توسط لیگاند القا می شود و می توان یک پاکت تشکیل داد.

در میان شش ساختار کریستالی بازدارنده-JNK3 مشاهده شده، موارد بیشتری با لیگاندهایی وجود داشت که جیب آبگریز حاکم بر این انتخاب‌پذیری را اشغال می‌کردند. چهار لیگاند متبلور جیب آبگریز را اشغال کردند و دو لیگاند آبگریز را اشغال نکردند. اگر چه سطوح اشغال متفاوت بسته به شکل چهار لیگاند مشاهده شد، همه متیونین ها یک جیب آبگریز تشکیل دادند.

به عنوان یک توضیح تکمیلی برای باقیمانده‌های شامل پاکت آبگریز در اعماق محل فعال، تفاوتی بین Leu از JNK3 و Ile از JNK1 وجود دارد. بر خلاف Leu نسبتا کوتاه، باقیمانده Ile از JNK1 مانع از ورود حلقه های معطر متوسط ​​تا بزرگ به جیب آبگریز می شود.

از آنجایی که باقیمانده لوسین در جیب آبگریز JNK2 و همچنین JNK3 قرار دارد، حلقه معطر در ناحیه آبگریز تأثیر قابل توجهی بر انتخاب پذیری نسبت به JNK2 ندارد. با توجه به این نتایج، می توان دریافت که عناصر اضافی برای به دست آوردن انتخاب ایزوفرم برای JNK2 مورد نیاز است و می توان فهمید که هنوز بازدارنده های زیادی وجود ندارد که بر این مانع غلبه کرده باشد.
با توجه به ساختارهای بازدارنده های انتخابی JNK3 که برای JNK2 نیز انتخابی هستند، مشاهده شد که همه آنها اتصال اضافی را در قسمت در معرض حلال نشان می دهند. یک مهارکننده انتخابی JNK3، یعنی ترکیب 1 (شکل 9)، یک پیوند H بین پیرولیدین پروتونه شده و Asn89 ایجاد می کند، و یک مهارکننده انتخابی JNK3 دیگر، یعنی ترکیب 3، نیز یک پیوند F بین فلوئور جایگزین شده در ایندولین تشکیل می دهد. }}one group و Asn152/Gln155. این پیوندها همگی فعل و انفعالات اضافی در ناحیه مواجهه با حلال هستند. علاوه بر این، گروه کربونیل تیازول{14}}یک در ترکیب 3 نزدیک به باقیمانده Asn152 بود که به عنوان یک برهمکنش دوقطبی پیش‌بینی شد.

هنگامی که انتخاب ایزوفرم به دست آمد، هنوز موانع زیادی برای غلبه بر وجود دارد. اول از همه، با توجه به شباهت‌های پاکت‌های اتصال ATP که اکثر مهارکننده‌های پروتئین کیناز هدف قرار می‌دهند، باید ترجیحاً انتخاب‌پذیری عمومی نسبت به کینوم پروتئینی غیر از JNK1/2 به دست آید. ثانیاً، به قدرت بالایی نیاز خواهد بود، زیرا غلظت مواد درمانی در بدن باید با ATP که در محدوده میلی مولار در سلول ها وجود دارد، رقابت کند. ثالثاً، نفوذ BBB بدون ایجاد عوارض جانبی عمده مورد نیاز خواهد بود، که دشوارترین چالش از زمان AD است، بیماری که ما در تلاش برای غلبه بر آن هستیم، یک بیماری مزمن است و برای درمان طولانی مدت نیاز به درمان است. بنابراین، در نشانه هایی با چنین دوره دوز طولانی، مشخصات ایمنی گسترده به یک موضوع بسیار مهم تبدیل می شود. اگرچه توسعه مهارکننده‌های JNK3 به عنوان درمانی برای بیماری‌های عصبی هنوز موفقیت‌آمیز نبوده است، مشخص شده است که JNK3 یک هدف درمانی امیدوارکننده است.

JNK3 به عنوان یک هدف درمانی برای AD توجه بیشتری را به خود جلب می کند. این ویژگی‌ها باید در طراحی مهارکننده‌های جدید JNK3 در نظر گرفته شوند، که می‌تواند توسعه مهارکننده‌های قدرتمند و انتخابی JNK3 را به عنوان درمانی برای AD به زودی تسهیل کند.

منابع مالی:

این تحقیق توسط بنیاد تحقیقات ملی کره کمک مالی NRF-2020R1A6A1A03042854 (مرکز پروتئینوپاتی) و NRF-2021R1A2C2007159 (J.-M. Hah) تامین شده است.

بیانیه هیئت بررسی نهادی:

قابل اجرا نیست.
بیانیه رضایت آگاهانه:

قابل اجرا نیست.

تضاد علاقه:

نویسندگان هیچ تضاد منافعی برای اعلام ندارند.

منابع

1. برنت، جی. کندی، EP فسفوریلاسیون آنزیمی پروتئین ها. جی. بیول. شیمی. 1954، 211، 969-980. [CrossRef]

2. سازمان غذا و داروی ایالات متحده. در دسترس آنلاین: https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/compilationcder-new-molecular-entity-nme-drug-and-new-biologic-approvals (در 14 سپتامبر 2021 قابل دسترسی است).

3. Ficarro، SB; McClelland، ML; استوکنبرگ، PT; برک، دی جی؛ راس، ام.ام. شعبانوویتز، جی. هانت، دی اف. تجزیه و تحلیل فسفوپروتئوم سفید، FM با طیف سنجی جرمی و کاربرد آن در ساکارومایسس سرویزیه نات. بیوتکنول. 2002، 20، 301-305. [CrossRef]

4. کوهن، پی. تنظیم عملکرد پروتئین توسط فسفوریلاسیون چند سایتی - به روز رسانی 25- ساله. Trends Biochem. علمی 2000، 25، 596-601. [CrossRef]

5. Roskoski، RJ خواص مهارکننده‌های پروتئین کیناز مولکولی کوچک مورد تایید FDA: به‌روزرسانی 2021. فارماکول. Res. 2021, 165, 105463. [CrossRef]

6. مولر، اس. چایکواد، ع. خاکستری، NS; Knapp، S. زیر و بم توسعه مهارکننده کیناز انتخابی. نات. شیمی. Biol. 2015، 11، 818-821. [CrossRef]

7. کوهن، پ. السی، DR Kinase کشف داروی بعدی در این زمینه چیست؟ ACS Chem. Biol. 2013، 8، 96-104. [CrossRef]

8. کوچک، DH; Cappai، R. Alois آلزایمر و بیماری آلزایمر: چشم انداز صد ساله. جی. نوروشیم. 2006، 99، 708-710. [CrossRef] [PubMed]

9. نیکولز، ای. Szoeke، CEI; Volset, SE; عباسی، ن. عبدالله، ف. عبدلا، ج. آیچور، MTE؛ آکینیمی، RO; الهداب، ف. Asgedom، SW; و همکاران بار جهانی، منطقه ای و ملی بیماری آلزایمر و سایر زوال عقل ها، 1990-2016: تجزیه و تحلیل سیستماتیک برای مطالعه بار جهانی بیماری 2016. Lancet Neurol. 2019، 18، 88-106. [CrossRef]

10. دریجارد، بی. هیبی، م. وو، آی اچ. بارت، تی. زیر.؛ دنگ، ت. کارین، م. دیویس، RJ JNK1: یک پروتئین کیناز تحریک شده توسط نور UV و Ha-Ras که به دامنه فعال سازی c-Jun متصل و فسفریله می شود. سلول 1994، 76، 1025-1037. [CrossRef]

11. جانسون، جی ال. ناکامورا، ک. مسیر فعال‌شده با کیناز c-jun/stress: تنظیم، عملکرد و نقش در بیماری‌های انسانی. بیوشیم. بیوفیز. اکتا مول. Cell Res. 2007، 1773، 1341-1348. [CrossRef] [PubMed]

12. اوکازاوا، اچ. استوس، S. آبشار JNK/c-Jun و بیماری آلزایمر. صبح. جی. آلزایمر دیس. جنون دیگر 2002، 17، 79-88. [CrossRef]

13. Bruckner, SR; Tammariello، SP; Kuan، CY; فلاول، RA; راکیچ، پ. Estus، S. JNK3 به فعال‌سازی c-Jun و آپوپتوز کمک می‌کند، اما استرس اکسیداتیو در نورون‌های سمپاتیک فاقد فاکتور رشد عصبی ندارد. جی. نوروشیم. 2001، 78، 298-303. [CrossRef]

14. گوین، دی.م. Shackelford، DB; ایگان، دی اف. میهایلووا، م.م. مری، ا. Vasquez، DS; ترک، BE; Shaw, RJ AMPK فسفوریلاسیون رپتور واسطه ایست بازرسی متابولیک است. مول. سلول 2008، 30، 214-226. [CrossRef]

15. Yoon, SO; پارک، دی جی; ریو، جی سی. اوزر، اچ جی; تپ، سی. Shin، YJ; لیم، TH; پاستورینو، ال. کنوار، ای جی؛ والتون، جی سی. و همکاران JNK3 استرس متابولیک ناشی از پپتیدها را تداوم می بخشد. نورون 2012، 75، 824-837. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com