ингибитор Hsp90
Класс наркотиков
ингибитор Hsp90
Класс наркотиков
Гелданамицин , первый обнаруженный ингибитор Hsp90. [1]
Идентификаторы классов
ИспользоватьПротивоопухолевые
Биологическая цельHsp90
Правовой статус
В Викиданных

Ингибитор Hsp90 — это вещество, которое подавляет активность белка теплового шока Hsp90 . Поскольку Hsp90 стабилизирует различные белки, необходимые для выживания раковых клеток, эти вещества могут иметь терапевтическую пользу при лечении различных типов злокачественных новообразований. [2] Кроме того, в настоящее время ряд ингибиторов Hsp90 проходят клинические испытания для различных видов рака. [3] Ингибиторы Hsp90 включают в себя натуральные продукты гелданамицин , ретаспимицина гидрохлорид (IPI 504, производное гидрохлорида соли гидрохинона 17-AAG ) и радицикол , а также полусинтетические производные 17-N-аллиламино-17-деметоксигелданамицин (17AAG).

Механизм действия

Среди белков теплового шока внимание к HSP90 возросло из-за его участия в нескольких клеточных явлениях и, что более важно, в прогрессировании заболеваний. HSP90 поддерживает белки смерти в состоянии, устойчивом к апоптозу , путем прямой ассоциации. Его широкий спектр функций обусловлен способностью HSP90 сопровождать несколько клиентских белков, которые играют центральную патогенную роль в заболеваниях человека, включая рак, нейродегенеративные заболевания и вирусные инфекции. [4] Гелданамицин 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 демонстрирует несколько дерегулированных аутокринных петель, опосредующих выживание и пролиферацию клеток. Поэтому их блокада является многообещающим терапевтическим подходом. Протеосомный анализ показал, что Hsp90 дифференциально экспрессируется между линиями клеток саркомы Юинга, чувствительными и устойчивыми к специфическим ингибиторам IGF1R/KIT. Блокада пути IGF1R/KIT in vitro на линиях клеток саркомы Юинга и классифицировала линии клеток саркомы Юинга как устойчивые и чувствительные к блокаде пути. Ингибирование Hsp90 с помощью 17AAG и siRNA привело к снижению роста и выживаемости клеточных линий. Ингибирование Hsp90 вызывает протеосомное разрушение клиентских белков - Akt, KIT и IGF1R. Этот эффект может быть обусловлен исключением физического контакта между клиентскими белками и Hsp90. [6] Таким образом, поскольку молекулярные шапероны сверхэкспрессируются в самых разных раковых клетках и в вирусно-трансформированных клетках, ингибирование функции этих шаперонов имеет важное значение для контроля раковых клеток, поскольку это повлияет на активность сигнальных белков. Доступность лекарств, которые могут специфически воздействовать на Hsp90 и подавлять его функцию, что приводит к истощению клиентских белков, сделала Hsp90 новой и интересной целью для терапии рака. Было описано, что ингибитор HSP90 NVP-BEP800 влияет на стабильность клиентов SRC-киназ и рост острых лимфобластных лейкозов Т-клеток и В-клеток. [7]

Натуральные ингибиторы

Первые ингибиторы HSP90 были разработаны на основе гелданамицина и радицикола , которые являются натуральными ингибиторами и являются отправной точкой для нового подхода.

HSP 90 необходим для АТФ-зависимой рефолдинга денатурированных или развернутых белков и для конформационного созревания подмножества белков, участвующих в реакции клеток на внеклеточные сигналы. К ним относятся стероидные рецепторы Raf – 1, Akt, Met и Her 2. HSP90 имеет сохраненный уникальный карман в N-концевой области. Он связывает АТФ и АДФ и обладает слабой АТФазной активностью. Это говорит о том, что сайт действует как сенсор нуклеотидов или соотношения нуклеотидов. Наблюдается, что нуклеотиды принимают уникальную С-образную изогнутую форму при связывании с этим карманом. Это особенно необычно, поскольку нуклеотиды никогда не принимают изменение формы в высокоаффинных сайтах АТФ/АДФ. Это также указывает на то, что разрабатываемые препараты также должны иметь потенциал для принятия уникальной конформации С-образной формы, чтобы связывать уникальный карман. Обоснование этой необычной необходимости, т. е. изгиба структуры, основано на термодинамическом факте, что молекула, которой требуются минимальные структурные изменения для перехода из несвязанного в связанное состояние, не должна платить большие энтропийные штрафы, а связывание будет отражаться энтальпийными факторами. [8] [9] Гелданамицин и радицикол прочно связываются с этим карманом и предотвращают высвобождение белка из комплекса шаперона. Таким образом, белок не может достичь нативной конформации и разрушается протеосомой. [10] Добавление такого ингибитора вызывает протеосомную деградацию сигнальных белков, таких как стероидные рецепторы, Raf-киназа и Akt. Гелданамицин и радицикол также ингибируют мутировавший белок в раковых клетках, таких как P53 , Vsrc, BCR – ABL . Стоит отметить, что нормальные аналоги не ингибируются. Гелданамицин является эффективным ингибитором HSP90, однако его нельзя использовать in vivo из-за его высокой токсичности и способности повреждать печень. Предполагается, что за это отвечает функциональная группа бензохинона. Разработано полусинтетическое производное 17 AAG, обладающее меньшей токсичностью, но такой же эффективностью, как гелданамицин, и в настоящее время проходит клинические испытания.

Производное гельданамицина 17 AAG

17-N-Аллиламино-17-деметоксигелданамицин (17AAG) является полусинтетическим производным натурального продукта гелданамицина. Он менее токсичен с таким же терапевтическим потенциалом, как гелданамицин. Это первый ингибитор HSP90, который был оценен в клинических испытаниях. В настоящее время 17AAG оценивается как мощный препарат против ОМЛ. Известно, что 17 AAG снижает концентрацию клиентских белков, но было предметом споров, влияет ли 17 AAG на гены клиентских белков или он ингибирует цитозольные белки. Профилирование экспрессии генов клеточных линий рака толстой кишки человека с 17AAG доказывает, что гены клиентских белков Hsp90 не затронуты, но клиентские белки, такие как hsc, кератин 8, кератин 18, akt, c-raf1 и кавеолин-1, дерегулированы, что приводит к ингибированию передачи сигнала. [11] Острый миелоидный лейкоз (ОМЛ) остается наиболее распространенной формой лейкемии у взрослого и пожилого населения. В настоящее время антрациклины , цитарабин и этопозид широко используются для лечения ОМЛ из-за их способности вызывать апоптоз в лейкозных клетках. Сигнальные пути, по которым работают эти препараты, до конца не изучены, но были продемонстрированы или выдвинуты гипотезы о прямых эффектах, таких как повреждение ДНК, нарушение митохондриального транспорта электронов, генерация окисляющих радикалов и активация протеасом. [12] Производное ГА 17-аллиламино-17-деметоксигелданамицина (17-AAG) в настоящее время проходит клинические испытания при раке. В нормальных условиях Hsp90 действует на широкий спектр клиентских белков и необходим для конформационного созревания многочисленных онкогенных сигнальных белков, включая протеинкиназы и лиганд-регулируемые факторы транскрипции. Hsp90 действует в мультипротеиновом комплексе с несколькими ко-шаперонами. Один из них, кошаперон p23, по-видимому, стабилизирует комплексы Hsp90 со стероидными рецепторами и онкогенными тирозинкиназами. p23также обладает шаперонной активностью сама по себе и способна ингибировать агрегацию денатурированных белков в отсутствие АТФ. Антагонист АТФ GA и его производное 17AAG блокируют ассоциацию p23 с Hsp90, вызывают протеасомную деградацию сигнализации выживания. Клиентские белки Hsp90 активируют ассоциированную с апоптозом двухцепочечную РНК-зависимую протеинкиназу, PKR, и способствуют апоптотическому, а не некротическому типу смерти. p23 имеет повышенную экспрессию в карциномах молочной железы. В своем исследовании Гаусдал и коллеги обнаружили, что антрациклины и другие химиотерапевтические препараты, такие как цитарабин и этопозид, но не GA в одиночку, индуцируют каспазозависимое расщепление p23. Расщепление может катализироваться либо каспазой-7, либо каспазой-3 и происходить в D142 или D145 в C-концевом хвосте p23, который, как полагают, необходим для активности шаперона. Было обнаружено, что ингибитор Hsp90 GA усиливает активацию каспазы, расщепление p23 и апоптоз, вызванные антрациклинами. Наконец, они пришли к выводу, что Hsp90 и, следовательно, сигнализация, опосредованная клиентскими белками в мультипротеиновом комплексе Hsp90, могут быть нацелены через p23 при гибели клеток, вызванной химиотерапией при ОМЛ. [13] [14]

Пуриновые подложки

Одним из важных результатов, полученных при изучении ингибитора природного продукта гелданамицина и его взаимодействия с HSP90, является то, что использование более мелких молекул в качестве ингибиторов вместо сложных молекул, таких как радицикол, более эффективно. На основе этой информации и передовой методики рационального дизайна лекарств можно построить феноменологически релевантные каркасы. Случайный скрининг in vitro библиотеки небольших молекул, связанных с пуринами, привел к идентификации и скринингу более 60000 соединений, обладающих ингибирующей активностью. Хиосис и 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.
  • Занятие ингибитором гидрофобного кармана, расположенного посередине сайта связывания и образованного met98, val 150, leu 107, leu 103, phe 138 и val 186, имеет важное значение для сродства и селективности.
  • Молекулы должны иметь более высокое сродство к HSP90 по сравнению с природными нуклеотидами.
  • Поскольку многие белки в своей функции зависят от лигандов, содержащих пурин, производные пуринового скелета должны обладать биологической активностью, проницаемостью для клеток и растворимостью.

Итак, основываясь на этих соображениях и наблюдениях, Хиосис и коллеги теоретически спроектировали 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 складчатую С-образную структуру как в связанном, так и в свободном состоянии. Таким образом, PU3 образует приемлемое ведущее вещество для дальнейшей разработки препаратов на основе пуринового каркаса. PU3 присоединяется к N-концевому домену посредством следующих ключевых взаимодействий.

  • В верхней части 2 метоксигруппа фенильного кольца присоединяется к лизину 112 N-концевого домена
  • Бутиловая цепь 9 – N занимает боковой гидрофобный карман. Фактически эта цепь представляет собой один из важнейших элементов селективности PU3 для HSp90 по сравнению с аналогичными карманами.
  • В основании C6 аминогруппы 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 множественных сигнальных сетях при опухолеобразовании. Митохондриальный Hsp90 участвует в сложном сигнальном пути, который предотвращает инициацию индуцированного апоптоза. Гамитриниб — это резорциноловая малая молекула, которая специфически действует на митохондриальный Hsp90. Он вызывает внезапную потерю мембранного потенциала, за которой следует разрыв мембраны и инициация апоптоза. Кроме того, гамитриниб является высокоселективным и не влияет на нормальные клетки. [9]

Клинические кандидаты

В июне 2022 года пимитеспиб получил свое первое одобрение в Японии для лечения GIST, прогрессировавшей после химиотерапии. Пимитеспиб — это пероральный низкомолекулярный ингибитор α- и β-изоформ белка теплового шока 90 (HSP90). В настоящее время пимитеспиб проходит фазу I разработки для лечения солидных опухолей в ЕС и США.

Перспектива будущего

HSP90 приобретает все большее значение в качестве мишени для рака, во многом из-за потенциала комбинаторного нацеливания на множественные онкогенные белковые пути и биологические эффекты. Хорошая переносимость, наблюдаемая у первого в своем классе препарата 17-AAG, побудила многие биотехнологические и крупные фармацевтические компании выйти в эту область. Возможность продемонстрировать доказательство концепции целевой модуляции у пациентов также была обнадеживающей, как и ранние доказательства клинической активности при меланоме. 17-AAG в настоящее время находится на стадии II исследований в качестве единственного агента, а также проводятся комбинированные исследования с цитотоксическими и другими агентами, такими как ингибитор протеасомы бортезомиб. Улучшенные формулы для парентерального применения также оцениваются в клинике. Ингибиторы на основе радицикола не вошли в клиническую разработку. После первоначальных исследований доказательства концепции с агентами природного продукта был достигнут значительный прогресс в доклинической разработке малых молекул, синтетических ингибиторов, примером которых являются соединения на основе пурина и пиразола . Недавний быстрый прогресс основывается на обширных знаниях, полученных с помощью ингибиторов природных продуктов, и является хорошим примером ценности исследований химической биологии, в которых сначала определяется биологическая активность, а затем молекулярная мишень обнаруживается с помощью подробных биологических исследований. Текущая деятельность в области медицинской химии сосредоточена на комбинированном использовании высокопроизводительного скрининга и структурно-ориентированного дизайна в сочетании с оценкой соединений в надежных и механистически-информативных биологических анализах. Следующее десятилетие будет захватывающим в области HSP90, поскольку клиническая активность ранних препаратов на основе гелданамицина будет тщательно оценена, в то время как ряд синтетических низкомолекулярных агентов войдет в доклиническую и клиническую разработку. Особые области интереса будут включать потенциал для перорально активных ингибиторов HSP90 и для разработки изоформ-селективных препаратов, которые нацелены на определенных членов семейства HSP90 (DMAG –N-OXIDE). Ингибиторы HSP90 также могут быть оценены при заболеваниях, отличных от рака, и где дефекты сворачивания белка вовлечены в патологию заболевания. Можно предсказать, что теперь дополнительные молекулярные шапероны будут направлены на терапевтическое вмешательство при раке и других заболеваниях. Кроме того, можно предусмотреть портфель препаратов, нацеленных на различные точки в путях контроля качества белка злокачественной клетки и других заболеваний.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Whitesell L, Mimnaugh EG, De Costa B, Myers CE, Neckers LM (август 1994 г.). «Ингибирование образования гетеропротеинового комплекса белка теплового шока HSP90-pp60v-src бензохиноновыми ансамицинами: существенная роль стрессовых белков в онкогенной трансформации». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 91 (18): 8324–8. doi : 10.1073/pnas.91.18.8324 . PMC  44598 . PMID  8078881.
  2. ^ Porter JR, Fritz CC, Depew KM (июнь 2010 г.). «Открытие и разработка ингибиторов Hsp90: перспективный путь для терапии рака». Curr Opin Chem Biol . 14 (3): 412–20. doi :10.1016/j.cbpa.2010.03.019. PMID  20409745.
  3. ^ Kim YS, Alarcon SV, Lee S, Lee MJ, Giaccone G, Neckers L, Trepel JB (2009). «Обновление ингибиторов Hsp90 в клинических испытаниях». Curr Top Med Chem . 9 (15): 1479–92. doi :10.2174/156802609789895728. PMC 7241864. PMID  19860730 . 
  4. ^ Zhao R, Houry WA (декабрь 2005 г.). «Hsp90: шаперон для сворачивания белков и регуляции генов». Biochem. Cell Biol . 83 (6): 703–10. doi :10.1139/o05-158. PMID  16333321.
  5. ^ Hadden MK, Lubbers DJ, Blagg BS (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.
  6. ^ Мартинс А.С., Ордоньес Х.Л., Гарсия-Санчес А., Эрреро Д., Севильяно В., Осуна Д., Макинтош С., Кабальеро Г., Отеро А.П., Поремба С., Мадос-Гурпиде Дж., де Алава Е (август 2008 г.). «Ключевая роль белка теплового шока 90 в устойчивости саркомы Юинга к лечению рецептором антиинсулиноподобного фактора роста 1: исследование in vitro и in vivo». Рак Рез . 68 (15): 6260–70. дои : 10.1158/0008-5472.CAN-07-3074 . ПМИД  18676850.
  7. ^ Мшаик Р., Симонет Дж., Георгиевски А., Джамал Л., Бешуа С., Баллерини П., Беллайе П.С., Мламла З., Паис де Баррос Ж.П., Гейсслер А., Франсен П.Дж., Жиродон Ф., Гарридо С., Кере Р. (март 2021 г.). «Ингибитор HSP90 NVP-BEP800 влияет на стабильность киназ SRC и рост Т-клеточных и В-клеточных острых лимфобластных лейкозов». Рак крови Дж . 3 (11): 61. дои : 10.1038/s41408-021-00450-2 . ПМЦ 7973815 . ПМИД  33737511. 
  8. ^ 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 . 
  9. ^ ab Kang BH, Plescia J, Song HY, Meli M, Colombo G, Beebe K, Scroggins B, Neckers L, Altieri DC (март 2009 г.). «Комбинаторная разработка лекарств, нацеленных на множественные сигнальные сети рака, контролируемые митохондриальным Hsp90». J. Clin. Invest . 119 (3): 454–64. doi :10.1172/JCI37613. PMC 2648691. PMID  19229106 . 
  10. ^ Lauria A, Ippolito M, Almerico AM (февраль 2009 г.). «Внутри режима связывания ингибиторов Hsp90 посредством индуцированной стыковки». J. Mol. Graph. Model . 27 (6): 712–22. doi : 10.1016/j.jmgm.2008.11.004 . PMID  19084447.
  11. ^ Clarke PA, Hostein I, Banerji U, Stefano FD, Maloney A, Walton M, Judson I, Workman P (август 2000 г.). «Профилирование экспрессии генов в клетках рака толстой кишки человека после ингибирования передачи сигнала 17-аллиламино-17-деметоксигелданамицином, ингибитором молекулярного шаперона hsp90». Oncogene . 19 (36): 4125–33. doi : 10.1038/sj.onc.1203753 . PMID  10962573.
  12. ^ Al Shaer L, Walsby E, Gilkes A, Tonks A, Walsh V, Mills K, Burnett A, Rowntree C (май 2008 г.). «Ингибирование белка теплового шока 90 цитотоксично для первичных клеток ОМЛ, экспрессирующих мутантный FLT3, и приводит к изменению нисходящей сигнализации». Br. J. Haematol . 141 (4): 483–93. doi : 10.1111/j.1365-2141.2008.07053.x . PMID  18373709. S2CID  19960441.
  13. ^ Гаусдал Г., Йерцен Б.Т., Фладмарк К.Е., Демол Х., Вандекеркхове Дж., Дёскеланд С.О. (декабрь 2004 г.). «Каспазозависимое, усиленное гелданамицином расщепление кошаперона p23 при лейкемическом апоптозе». Лейкемия . 18 (12): 1989–96. дои : 10.1038/sj.leu.2403508 . ПМИД  15483679.
  14. ^ Piper PW, Millson SH, Mollapour M, Panaretou B, Siligardi G, Pearl LH, Prodromou C (декабрь 2003 г.). «Чувствительность к препаратам, воздействующим на Hsp90, может возникнуть при мутации шаперона Hsp90, кошаперонов и плазматических мембранных АТФ-связывающих кассетных транспортеров дрожжей». Eur. J. Biochem . 270 (23): 4689–95. doi : 10.1046/j.1432-1033.2003.03866.x . PMID  14622256.
  15. ^ Chiosis G, Lucas B, Huezo H, Solit D, Basso A, Rosen N (октябрь 2003 г.). «Разработка ингибиторов малых молекул пуринового каркаса Hsp90». Curr Cancer Drug Targets . 3 (5): 371–6. doi :10.2174/1568009033481778. PMID  14529388.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Hsp90_inhibitor&oldid=1220374640"