منظور حول تطوير مثبطات كيناز C-Jun N-terminal كعلاجات لمرض الزهايمر: دراسة البنية من خلال دراسات الالتحام

خلاصة:

يلعب c-Jun N-terminal kinase (JNK) دورًا مهمًا في موت الخلايا الناجم عن المحفزات المختلفة. نظرًا لأن الشكل الإسوي JNK3 يتم التعبير عنه بشكل أساسي في الدماغ، يُعتقد أنه يلعب دورًا محوريًا في العديد من الأمراض التنكسية العصبية، بما في ذلك مرض الزهايمر (AD) ومرض باركنسون (PD)، والتي لا تزال تفتقر إلى علاجات معقولة. لتطوير مثبط JNK3 جديد وانتقائي، أجرينا مراجعة عقدية (من 2011 إلى 2021) للمقالات المنشورة حول مثبطات JNK، لا سيما تلك التي تركز على المنظور الهيكلي ورؤى الالتحام. لاحظنا هياكل ثلاثة أشكال إسوية من JNK، وهي البروتينات المجسمة والهياكل البلورية المشتركة، مع مثبطات JNK3 ولخصنا الجوانب الهيكلية المهمة لمثبطات JNK3 الانتقائية كعلاجات م.

مرض باركنسون هو مرض تنكسي شائع يصيب الجهاز العصبي، وتشمل أعراضه الرئيسية الارتعاش، والتصلب، وبطء الحركة، واضطراب التوازن، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن مشاكل وظيفة الذاكرة المرتبطة بأعراض مرض باركنسون تحظى باهتمام متزايد.

أثبتت الدراسات أن ذاكرة المرضى المصابين بمرض باركنسون تتأثر بشكل كبير عند أداء المهام الإدراكية، كما يظهر على بعضهم أيضًا ضعف في الوظيفة الإدراكية مثل فقدان الانتباه وانخفاض الحساسية الإدراكية. ومع ذلك، هذا لا يعني أن الأشخاص المصابين بمرض باركنسون لا يمكن أن يتمتعوا بذاكرة جيدة.

يمكن للأشخاص المصابين بمرض باركنسون تحسين مهارات الذاكرة لديهم من خلال الممارسة والتدريب المستمرين، خاصة من خلال أداء بعض تدريبات وتمارين الذاكرة. يمكن أن تساعد هذه التمارين الأشخاص المصابين بمرض باركنسون على تحسين قدراتهم المعرفية، وتطوير ثقة أكثر إيجابية بالنفس، وتحسين نوعية حياتهم، وتحسين احترامهم لذاتهم.

ومن بينها، يمكن لبعض تمارين الذاكرة البسيطة، بما في ذلك الكثير من القراءة والكتابة والحسابات الرياضية والرسم وغيرها من الأنشطة، أن تحسن بشكل فعال القدرة الإدراكية للمرضى المصابين بمرض باركنسون وتجعلهم يواجهون الحياة بشكل أكثر إيجابية وثقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن بعض تدريبات الذاكرة، بما في ذلك ذاكرة الموقع، وذاكرة الأرقام، وذاكرة الحروف، وذاكرة تسلسل الأحداث، وما إلى ذلك، تكون أيضًا فعالة جدًا. تمكن هذه التدريبات الأشخاص المصابين بمرض باركنسون من مواجهة المشكلات المختلفة والتعامل معها بشكل أفضل، والتكيف بشكل أفضل مع وضع حياتهم الجديد.

بشكل عام، على الرغم من أن مرض باركنسون قد يؤثر على انتباه المرضى وقدراتهم على الذاكرة، إلا أن التدريب الإدراكي المناسب والتمارين الرياضية يمكن أن يساعد المرضى على تحسين وظائفهم الإدراكية ومساعدتهم على التكيف بشكل أفضل مع وضع حياتهم الجديد. لذلك، لا يجب على مرضى باركنسون أن يخافوا من مشاكل الذاكرة، فطالما أنهم يواجهون الحياة بموقف إيجابي وإيجابي، فمن المؤكد أنهم سيحظون بحياة سعيدة ونشيطة. يمكن ملاحظة أننا بحاجة إلى تحسين ذاكرتنا. يمكن لـ Cistanche تحسين الذاكرة بشكل كبير لأن معجون اللحم هو مادة طبية صينية تقليدية لها العديد من التأثيرات الفريدة، أحدها هو تحسين الذاكرة. تأتي فعالية اللحم المفروم من مكونات نشطة مختلفة، بما في ذلك حمض الكربوكسيل والسكريات والفلافونويد وما إلى ذلك. ويمكن لهذه المكونات تعزيز صحة الدماغ من خلال قنوات مختلفة.

انقر فوق معرفة طرق تحسين وظائف المخ

الكلمات الدالة:

مرض الزهايمر؛ ج-يونيو N- كيناز. مثبط كيناز بروتين جزيء صغير؛ JNK3؛ الانتقائية.

1 المقدمة

تم اكتشاف كينازات البروتين منذ أكثر من 65 عامًا، لكنها كانت أهدافًا علاجية منذ أقل من 30 عامًا [1،2]. تم إثبات تورط إنزيمات البروتين في العديد من الأمراض بناءً على عدد كبير من الدراسات، وكانت مثل هذه الإنزيمات منذ فترة طويلة مجموعة مستهدفة جزيئية واعدة. هناك 518 كيناز بروتيني معروف مشفر في الجينوم البشري، وتفسفر كينازات البروتين حوالي ثلث جميع البروتينات [3،4]. لقد عمل العديد من الباحثين في شركات الأدوية والأوساط الأكاديمية بجد في هذا المجال، ونتيجة لذلك، تمت الموافقة على 67 دواءً مثبطًا للكيناز صغير الجزيئات من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية اعتبارًا من عام 2021 [5].

تم إطلاق جليفيك، وهو علاج راسخ لسرطان الدم النخاعي المزمن، في عام 2001 بعد أن طورته شركة نوفارتيس، مما أدى إلى بدء عصر مثبط بروتين كيناز. لا يزال هذا العلاج يوسع نطاق تطبيقاته. بعد ذلك، تمت الموافقة على تسعة مثبطات بروتين كيناز ذات جزيئات صغيرة من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية في عام 2011، وهي تستهدف حصريًا الأمراض التكاثرية مثل السرطان. وبالمثل، فإن معظم مثبطات بروتين كيناز المعتمدة حتى الآن تُستخدم في علاج الأورام. ومع ذلك، تشارك كينازات البروتين أيضًا في العديد من الأمراض الأخرى، بما في ذلك الأمراض الالتهابية والمناعية وأمراض القلب والأوعية الدموية، بالإضافة إلى اضطرابات الجهاز العصبي المركزي (CNS) مثل مرض الزهايمر (AD) ومرض باركنسون (PD) [6]. في عام 2011، تمت الموافقة على روكسوليتينيب، وهو مثبط JAK1 وJAK2، كعامل علاجي للتليف النقوي. جنبا إلى جنب مع هذه الموافقة، أصبحت الأبحاث في مجال مثبطات الكيناز غير المتعلقة بالأورام نشطة بشكل متزايد [7]. هناك ما يصل إلى 10 أدوية تستهدف أمراضًا خارج نطاق الأورام من بين 67 مثبطًا لبروتين كيناز تمت الموافقة عليها من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، ولكن لا يوجد دواء مثبط لبروتين كيناز لاضطرابات الجهاز العصبي المركزي حتى الآن.

تم اكتشاف مرض الزهايمر في عام 1906، ولاحظ فحص ما بعد الوفاة وجود مؤشرين حيويين واضحين، وهما تشابك تاو ولوحة أميلويد بيتا (A)، ولكن اعتبارًا من عام 2021، لم يتم تحديد هدف علاجي واضح بعد. مع الشيخوخة السريعة لسكان العالم، أصبحت الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر مشكلة اجتماعية كبيرة ولها تأثير كبير ليس فقط على المرضى ولكن أيضًا على الأفراد الآخرين المحيطين بالمرضى [8،9]. نظرًا لاستخدام مثبطات بروتين كيناز الجزيئي الصغير في مجموعة واسعة من الأمراض، فقد جذبت الأهداف الجزيئية اهتمامًا كبيرًا في مجال اضطرابات الجهاز العصبي المركزي. من بين العديد من كينازات بروتين الجهاز العصبي المركزي المحتملة، اخترنا كيناز c-Jun N-terminal (JNK)، وهو عضو في عائلة بروتين كيناز المنشط بالميتوجين. تقوم JNKs بتفسفر عوامل النسخ المتعددة المرتبطة بموت الخلايا المبرمج، بما في ذلك c-Jun وATF وAPP وtau، وتحفز موت الخلايا المبرمج الخلوي [10].

تستجيب JNKs لمحفزات مختلفة مثل السيتوكينات والسموم العصبية والإجهاد التأكسدي والأحماض الدهنية. عندما تصل المحفزات لأول مرة إلى غشاء الخلية، يتم نقل الإشارات إلى بروتين كيناز المنشط بالميتوجين (MAPKKK)، وMAPKK4، وMAPKK7 من خلال الفسفرة. بعد ذلك، يتم تنشيط MAPKK4 وMAPKK7 فسفرات JNK في موقعين مختلفين، ثم يقوم JNK المفسفر بفسفوريلات الطرف N لـ c-Jun للحث على إشارة موت الخلايا المبرمج [11]. بالإضافة إلى ذلك، يقوم JNK بفسفرة بروتينات موت الخلايا المبرمج مباشرة مثل BIM وBMF وينشطها لتنشيط الكاسبيزات [12]. بشكل عام، تشارك JNKs بشكل كبير في العمليات الفسيولوجية لموت الخلايا المبرمج. هناك ثلاثة جينات JNK بشرية مختلفة، وهي jnk1 وjnk2 وjnk3 التي تشفر 10 وصلات مختلفة من متغيرات JNK (4 JNK1/2 متماثلة اللواقح و2 JNK3 متماثلة)، منها JNK1 وJNK2 هي الأكثر انتشارًا (الشكل 1).

على عكس JNK1 وJNK2، يتم التعبير عن JNK3 في الغالب في الدماغ، ويتم التعبير عن جزء صغير فقط في القلب والخصية. يعتبر JNK3 هدفًا علاجيًا محتملاً للأمراض التنكسية العصبية المرتبطة بموت الخلايا العصبية. عندما يتم فسفرة c-Jun بواسطة JNK3، فإنه يسهل أيضًا نضوج تشابك تاو. بالإضافة إلى ذلك، من المعروف أن JNK3 يفسفر بروتينات تاو مباشرة، مما يؤدي إلى تكوين تشابكات تاو.

هناك علامة حيوية أخرى لمرض الزهايمر، وهي الأميلويد بيتا، ترتبط أيضًا بـ JNK3. يفسفر JNK3 بروتين سلائف الأميلويد (APP) في T688، مما يتسبب في الالتقام الخلوي لـ APP، والذي يُعرف بأنه أهم خطوة في عملية تكوين الأميلويد بيتا بأكملها [13].

الآلية الكامنة وراء موت الخلايا المبرمج الناجم عن البلاك لا تزال غير واضحة. تحفز اللويحات فسفرة البروتين كيناز المنشط بـ AMP (AMPK)، وفوسفوريلات AMPK المنشط TSC2 وRaptor في S1387 وS792. تمنع هذه العملية مسار mTOR ونظام إنقاذ الخلايا التمثيلي وتحفز كتلة متعدية تمنع تعبير البروتين [14]. تؤدي هذه الظاهرة إلى إجهاد الشبكة الإندوبلازمية التأكسدية على نطاق واسع، والذي يصاحبه استجابة بروتينية غير مطوية تحفز تفاعلات ثانوية، مثل الاستجابة الالتهابية، التي تعيد تنشيط JNK3. هناك سبب منطقي آخر للتنبؤ بأن موت الخلايا العصبية سينخفض ​​في أدمغة مرضى الزهايمر عندما يتم تثبيط JNK3 وهو أن موت الخلايا العصبية والتدهور المعرفي قد تم تقليلهما أيضًا في نموذج الفأر FAD المدمر JNK3 [15] (انظر الشكل 2).

2. حالة التطوير الحالية لمثبطات JNK

2.1. مثبطات عموم JNK

SP600125 (الشكل 3) هو أول مثبط معروف لعموم JNK بقيم IC50 تبلغ 90 و40 و40 نانومتر لـ JNK3 وJNK2 وJNK1 على التوالي. كان هذا المركب هو أول مثبط لـ JNK تمت دراسته، وتم توسيع فهم مسار الإشارات داخل الخلايا لـ JNK. في البداية، تم تطويره باستخدام الخلايا السرطانية كمؤشرات لموت الخلايا المبرمج، ولكن لاحقًا، أظهر هذا المركب تأثيرًا وقائيًا عصبيًا في النماذج الحيوانية PD المستحثة بـ MPTP. كما أنه قلل من التشابك الليفي العصبي واللوحات في النماذج الحيوانية م [16-18]. لم تؤد فاعلية وانتقائية SP600125 إلى تطوير الدواء، ولكنه مركب جعل العديد من العلماء يعتبرون JNK هدفًا دوائيًا جذابًا.

AS602801 (الشكل 3) هو مثبط عموم JNK نشط عن طريق الفم. يتم عرض قيم IC50 البالغة 230 و90 و80 نانومتر لـ JNK3 وJNK2 وJNK1 على التوالي. لقد أظهر تأثيرًا كبيرًا على التهاب بطانة الرحم عندما تم استخدامه في العلاج المركب مع الهرمونات أو كعلاج وحيد في نماذج البابون والقوارض. في حين أن AS602801 ليس مثبطًا انتقائيًا، كانت هناك محاولة لاستهداف الأمراض المرتبطة بالمناعة باستخدام علاج AS602801، على عكس SP600125. دخل هذا المركب المرحلة الثانية من التجارب السريرية في عام 2012 مع التهاب بطانة الرحم كمؤشر [19،20].

Tanzisertib (الشكل 3) هو المانع الثالث لعموم JNK النشط عن طريق الفم، مع قيم IC50 البالغة 6 و7 و61 نانومتر لـ JNK3 وJNK2 وJNK1، على التوالي. أثبت التانزيسيرتيب فعاليته في التجارب على الحيوانات باستخدام نموذج التليف الرئوي الناجم عن البليوميسين كمرض مستهدف للتليف الرئوي مجهول السبب. وقد أظهرت التجارب أيضًا أنه يقلل من إنتاج TNF- في نموذج PK-PD لإنتاج TNF الناجم عن LPS الحاد. دخل في المرحلة الثانية من التجارب السريرية مع التليف الرئوي مجهول السبب كمؤشر، ولكن تم إيقاف التجارب لأسباب غير معروفة [21].

2.2. مثبطات JNK الانتقائية

المركب 1 (الشكل 4) هو مثبط انتقائي لـ JNK3 بمستويات نشاط تبلغ<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].

تم اكتشاف المركب 3 (الشكل 4) من خلال الفحص الظاهري القائم على الهيكل متعدد المراحل. يعرض 40 نانومتر IC50 لـ JNK3 و2500- انتقائية الشكل الإسوي على JNK1 وJNK2، بالإضافة إلى ملف تعريف انتقائي جيد لـ 398 كيناز. يُظهر أيضًا نشاطًا وقائيًا عصبيًا أكبر ضد السمية الخلوية التي يسببها A في خلايا SH-SY5Y مقارنةً بـ LiCl، وهو عامل علاجي محتمل لمرض الزهايمر في المختبر. كشفت الدراسات التي أجريت على الفئران على الحيوانات عن زيادة في قدرات التعلم والذاكرة، وكشفت دراسات الآليات الأساسية أن هذا المركب يمكن أن يقلل بشكل كبير من انتشار اللويحات الليفية A من خلال تثبيط JNK بعد انخفاض الفسفرة في بروتينات APP وبروتينات تاو في القشرة والحصين. [24].

المركب 4 (الشكل 4) عبارة عن مثبط انتقائي لـ JNK 2- وJNK 3- بقيم IC50 تبلغ 16 نانومتر لـ JNK3 و97 نانومتر لـ JNK2 و420 نانومتر لـ JNK1. لم يتم تحقيق انتقائية الشكل الإسوي JNK2، لكن المركب أظهر انتقائية عالية مقارنة بعائلات MAPK الأخرى والأشكال الإسوية JNK1. باعتباره مثبط JNK3 لعلاجات الأمراض التنكسية العصبية، أظهر هذا المركب نفاذية BBB مواتية [25].

3. تحليل المنظور الهيكلي لموقع JNK النشط

3.1. تراكب الهياكل البلورية JNK1 وJNK2 وJNK3

لمقارنة بنيات JNK1 وJNK3، تم إرساء المركب 3 في JNK3 (معرف بنك بيانات البروتين (PDB): 4WHZ). يقع أحد مكونات الإندولين-2- في المنطقة المفصلية ويتفاعل مع هيدروجين NH والأكسجين الكربونيل في العمود الفقري لـ Met149. يشكل نيتروجين الثيازول-4-واحد رابطة هيدروجينية مع Lys93 عبر جسر الماء، ويتم دفن مجموعة الكلورو فينيل 2- في الجيب الكاره للماء المكون من Ile124، Leu126، Leu144، Val145، Met146، وLeu206، الذي يقع على الجانب الخلفي من الموقع النشط خلف بقايا حارس البوابة Met146. يتفاعل Met146 مع حلقة عطرية (في المركب 3، مجموعة الكلورو فينيل 2-) في JNK3.

عندما تم فرض الوضع الراسي للمركب 3 مع JNK3 على الهياكل البلورية لـ JNK1 (معرف PDB: 3PZE و2XRW و4QTD و3ELJ و4AWI و4L7F) (الشكل 5)، يبدو أن كل بقايا Met108 في هياكل JNK1 المرصودة يمكن أن تتعارض مع 2- مجموعة الكلورو فينيل التي تشغل الجيب الانتقائي، على عكس الميثيونين 146 في JNK3 [26]. يمكن أن يفسر صراع الميثيونين هذا انتقائية المركب 3 لـ JNK3 على JNK1.

لتحديد كيفية عمل بقايا برنامج حماية البوابة methionine108 في الموقع النشط لـ JNK2، تم فرض الوضع الراسي للمركب 3 على ثلاثة هياكل بلورية منشورة لـ JNK2 (معرف PDB: 3E7O، 7CML، و3NPC) (الشكل 6). على الرغم من أن Met108 في 3E7O يتعارض مع مجموعة 2- كلورو فينيل التي تشغل جيب الانتقائية، فإن Met108 من 7CML و3NPC يتفاعل مع مجموعة 2- كلورو فينيل من خلال تفاعلات الكبريت-باي، على غرار Met146 في الموقع النشط لـ JNK3 [32]. إما أن يكون الهيكلان اللذان يشكلان تفاعلات الكبريت-باي عبارة عن إنزيمات متجانسة بدون روابط متبلورة مشتركة، أو أن الروابط المتبلورة المشتركة تحتوي بالفعل على حلقات عطرية تشغل جيب الانتقائية. في التركيب البلوري للمركب 4، الذي يتميز بانتقائية شكل إسوي فقط لـ JNK1، يكون لشحنة النفثالين تفاعل كبريت-بي مع بقايا Met146 لـ JNK3 وIC50 لـ JNK2 هو 97 نانومتر، وهو مستوى نشاط معقول. في حالة أليسرتيب، مع الأخذ في الاعتبار التركيب البلوري لأليسرتيب على JNK3 (غير موضح)، تحتل مجموعة ثلاثي فلوروفينيل الجيب الانتقائي وتتفاعل مع Met146، لكن نشاط JNK2 هو تقريبًا نفس نشاط JNK3. من خلال الجمع بين هذه الملاحظات، خلصنا إلى أن المركب 4 يحث بقايا حارس البوابة Met108 لـ JNK2 على التحرك بشكل كافٍ لتشكيل جيب كاره للماء مشابه لذلك الموجود في JNK3.

وقد لوحظ سلوك بقايا برنامج حماية البوابة Methionine146 في الموقع النشط لـ JNK3 باستخدام نفس الطريقة الموضحة أعلاه (الشكل 7). تعرض مجموعات Met146 في الهياكل البلورية الأربعة لـ JNK3 (معرف PDB: 4WHZ، 4W4W، 3OY1، 7KSI) تفاعلات الكبريت-pi مع مجموعات الكلورو فينيل 2-، باستثناء بنيتين بلوريتين (معرف PDB: 6EMH، 6EQ9) ) حيث لا تشغل الروابط المتبلورة الجيب الكاره للماء [26-32]. تعد الحركة الناتجة عن المركب لبقايا الميثيونين في بنية JNK2 وتشكيل جيب مسعور أكثر شيوعًا في هياكل JNK3. هذا الاتجاه يمكن أن يفسر الانتقائية الإسوية لـ JNKs. لا تتحرك أي من بقايا Met108 في الهياكل البلورية المرصودة لـ JNK1 بشكل كافٍ لتكوين جيب كاره للماء، ولكن في الهياكل البلورية لـ JNK2 وJNK3، تتحرك بقايا الميثيونين بشكل كافٍ لإنشاء جيوب كارهة للماء باستخدام المثبطات. لذلك، يمكن تحقيق انتقائية JNK1 من خلال إشغال الجيب الكاره للماء، لكن انتقائية JNK2 تتطلب شرحًا إضافيًا.

3.2. بقايا مختلفة بين JNK1 وJNK3

للتحقيق في البقايا التي تشتمل على الموقع النشط لـ JNK3، لاحظنا تسلسل البقايا من 45 إلى 400 من JNK3 ووجدنا أن بقايا Leu144 موجودة في الموقع النشط كعنصر في الجيب الانتقائي. يشكل Leu144 تفاعلات كارهة للماء مع حلقة النفثالين للمركب 4 في التركيب البلوري لـ JNK3 (معرف PDB: 3OY1) (الشكل 8 أ). ومع ذلك، عندما يتم تركيب التركيب البلوري لـ JNK1 (معرف PDB: 3PZE) على الروابط المتبلورة المشتركة لـ 3OY1 (الشكل 8 ب)، يوجد Ile106 بدلاً من بقايا Leu144 في نفس الموقع ويتعارض مع حلقة النفثالين للمركب 4 [37]. يتم الحفاظ على المسافة بين Leu144 في البنية البلورية لـ JNK3 وحلقة النفثالين عند 3.53 Å، لكن Ile106 من البنية البلورية لـ JNK1 يسبب اتصالًا سيئًا بحلقة النفثالين لأنها قريبة جدًا على مسافة 2.26 Å. نظرًا لأن JNK2 يحتوي أيضًا على Leu144 في نفس موقع JNK3، فيمكننا أن نستنتج أن احتلال جيب الانتقائية ليس شرطًا مطلقًا لتحقيق الانتقائية لـ JNK1 وJNK2.

4. المجموعات الوظيفية في كل مركب تساهم في انتقائية الشكل

لتحديد القرائن الهيكلية للمركب المثبط الانتقائي 1 في وضع الربط، قمنا بتحليل المركب البلوري المشترك 1- JNK3 بالتفصيل (الشكل 9). يتشكل زوج من الروابط الهيدروجينية في المنطقة المفصلية Met149، وتعمل مجموعة NH من البنزامايد كمانح لرابطة الهيدروجين، ويعمل النيتروجين 2- في حلقة البيرازول كمستقبل لرابطة الهيدروجين. يتم تشكيل رابطة هيدروجينية أخرى بين مجموعة اليوريا وLys93 من خلال جسر مائي، وتقع مجموعة الكلورو فينيل 2- في عمق الجيب الكاره للماء، مما يشكل تفاعل كبريت-باي مع بقايا حارس بوابة Met146. يبدو أن إدخال الكلوريد المستبدل بالأورثو مهم من حيث الانتقائية لأنه يغير زاوية الحلقتين من حيث التشكل ويتسبب في احتواء مجموعة الفينيل في الجيب الانتقائي [22]. يشكل البيروليدين البروتوني الموجود في منطقة التعرض للمذيب رابطة هيدروجينية مع Asn89 في الجزء العلوي من الموقع النشط. يُظهر المركب 1 210- انتقائية أضعاف لـ JNK3 عبر JNK2، وهي أعلى بكثير من مثبطات JNK3 الانتقائية الأخرى التي تم فحصها. الرابطة الهيدروجينية بين البيروليدين و Asn89 هي التفسير الأكثر منطقية لهذا الظاهرة.

تم إجراء ملاحظة مماثلة للتركيب البلوري المشترك 2-JNK3 (الشكل 10). يحتوي المركب 2 أيضًا على رابطتين هيدروجينيتين مع Met149 في المنطقة المفصلية، مكونة من مجموعة NH من الأميد و2-النيتروجين في حلقة البيرازول. تم العثور على رابطة هيدروجينية إضافية في شحنة اليوريا مع Lys93 عبر جسر الماء. أظهرت مجموعة الكلورو فينيل 2- المتصلة باليوريا تفاعل الكبريت-بي مع بقايا حارس البوابة Met146 داخل الجيب الانتقائي، كما أن استبدال كلوريد أورثو جعل هذا التفاعل أكثر ملاءمة. كل هذه التفاعلات كانت مشابهة جدًا لعلاقة المركب 1 مع JNK3. كان الاختلاف الوحيد مقارنة بوضع ربط المركب 1 هو فقدان الروابط الهيدروجينية في مكون التعرض للمذيب، والذي يبدو أنه سبب التغيير في نشاط JNK3 (من<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.

تم فحص وضع الربط للمركب 3 لاستكشاف الأساس المنطقي للمركب 3 الذي يُظهر 2500- انتقائية أضعاف على JNK2 (الشكل 11). لم يكن الهيكل البلوري المشترك متاحًا للمركب 3، وقمنا بمراقبة وضع الربط من خلال عمليات محاكاة الالتحام. كما هو موضح في الشكل 5، يقع مكون الإندولين-2-في المنطقة المفصلية، حيث يوجد رابطتين هيدروجينيتين مع Met149، ورابطة هيدروجينية واحدة مع Lys93 عبر جسر الماء، والتفاعل الكاره للماء لـ {{11 }}مجموعة الكلورو فينيل [24]. بالإضافة إلى هذه التفاعلات، وجدنا أن 5-فلور الإندولين-2- يتفاعل بشكل وثيق مع بقايا Asn152 وGln155 (مسافات 4.69 Å و3.41 Å، على التوالي) من خلال F-bonding. تكون هذه التفاعلات واضحة بناءً على الاختلافات في النشاط مع أو بدون استبدال الفلور. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر السلسلة الجانبية لـ Asn152 تفاعلًا ثنائي القطب مع مجموعة الكربونيل للثيازول-4-one. يمكن لكل من تفاعلات F-bond وثنائي القطب أن تفسر الانتقائية العالية للمركب 3 لـ JNK2.

وعلى النقيض من انتقائية المركب 3، قمنا بفحص الانتقائية المنخفضة للمركب 4 لتحديد وضع الربط الخاص به (الشكل 12). يحتوي على رابطتين هيدروجينيتين في المنطقة المفصلية، وتشكل مجموعة الكربونيل من التريازول-3-أحدهما مباشرة رابطة هيدروجينية مع Lys93، على عكس المركبات السابقة. تدخل حلقة النفثالين إلى الجيب الانتقائي لتكوين تفاعلات كارهة للماء والكبريت مع المخلفات الموصوفة أعلاه [25]. على الرغم من استبدال مجموعة الهكسان الحلقي في مكون التعرض للمذيب، لم تلاحظ أي تفاعلات إضافية. في الختام، تظهر المركبات ذات الانتقائية لـ JNK2 عادةً تفاعلات إضافية في شكل روابط هيدروجينية، أو Fbonds، أو تفاعلات ثنائية القطب في التعرض للمذيبات.

5. الاستنتاجات

أصبحت الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر مشاكل اجتماعية خطيرة بشكل متزايد بسبب شيخوخة سكان العالم السريعة. مرض الزهايمر هو مرض ذو احتياجات علاجية ضخمة لم تتم تلبيتها ويتطلب أهدافًا جزيئية علاجية جديدة. فيما يتعلق بالأهداف العلاجية الجديدة، قمنا بالتحقق من c-Jun N-terminal-kinase 3، وهو بروتين كيناز محوري في عملية موت الخلايا المبرمج العصبية. يلعب JNK دورًا مهمًا في عملية موت الخلايا المبرمج في نهاية مسار MAPK، ويتم التعبير عن الشكل الإسوي JNK3 بشكل أساسي في الدماغ. لذلك، يعتبر هدفًا للأمراض التنكسية العصبية، حيث يكون موت الخلايا المبرمج في الخلايا العصبية حدثًا رئيسيًا. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن JNK3 يظهر بشكل متكرر في العديد من المسارات المرضية لمرض الزهايمر، فقد اعتبرناه هدفًا واعدًا للتغلب على هذا المرض.

لذلك، تم تجميع قائمة شاملة بمثبطات عموم JNK الحالية ومثبطات JNK3 الانتقائية، وتم فحص أوضاع الارتباط الخاصة بها. تشغل مثبطات JNK3 الانتقائية عادةً منطقة كارهة للماء (Ile124، وLeu126، وLeu144، وVal145، وMet146، وLeu206) تسمى الجيب الانتقائي عن طريق إدخال حلقة عطرية في مثبط JNK3 بحيث يمكنها الدخول إلى الجيب الكاره للماء عميقًا في الموقع النشط لـ JNK3. . تم تحقيق الانتقائية لشكل JNK1 من خلال السماح بالتفاعلات الكارهة للماء وتفاعلات الكبريت-بي. تم اختيار ستة هياكل بلورية JNK1 وثلاثة JNK2 وستة JNK3 وفقًا لقراراتها لمقارنة الحركات التي يسببها يجند لبقايا برنامج حماية البوابة. في كل من بلورات JNK1 الستة المشتركة، اصطدم الميثيونين بالحلقة العطرية في مثبط JNK3 الانتقائي، ولم تتمكن أي من الروابط المتبلورة المشتركة من الدخول في الجيب الكاره للماء. ولوحظ أيضًا اصطدام الميثيونين حارس البوابة مع الحلقة العطرية في البلورة المشتركة لـ JNK2، ولكن إذا كانت المركب المتبلور المشترك يحتل المنطقة الكارهة للماء، فسيتم تحفيز الميثيونين في JNK2 بواسطة المركب المركب ويمكن تشكيل جيب.

من بين الهياكل البلورية المشتركة المثبطة لـ JNK3 الستة، كانت هناك حالات أكثر مع احتلال الروابط للجيب الكاره للماء الذي يحكم هذه الانتقائية. احتلت أربع روابط متبلورة الجيب الكاره للماء واثنان لم يشغلا الجيب الكاره للماء. على الرغم من ملاحظة مستويات إشغال مختلفة اعتمادًا على أشكال الروابط الأربعة، إلا أن جميع الميثيونينات شكلت جيبًا كارهًا للماء.

كتفسير تكميلي للمخلفات التي تشتمل على الجيب الكاره للماء في عمق الموقع النشط، هناك فرق بين Leu of JNK3 وIle of JNK1. على عكس Leu القصير نسبيًا، تمنع بقايا Ile من JNK1 الحلقات العطرية المتوسطة إلى الكبيرة من الدخول إلى الجيب الكاره للماء.

نظرًا لوجود بقايا الليوسين في الجيب الكاره للماء لـ JNK2 وكذلك JNK3، فإن الحلقة العطرية في المنطقة الكارهة للماء ليس لها تأثير كبير على الانتقائية على JNK2. وفقًا لهذه النتائج، يمكن للمرء أن يرى أن هناك حاجة إلى عناصر إضافية للحصول على انتقائية الشكل الإسوي لـ JNK2، ويمكن أن يكون مفهومًا أنه لا يوجد الكثير من المثبطات التي تغلبت على هذه العقبة حتى الآن.
فيما يتعلق بهياكل مثبطات JNK3 الانتقائية والتي تعد أيضًا انتقائية لـ JNK2، فقد لوحظ أن جميعها تظهر ارتباطًا إضافيًا في الشحنة المكشوفة بالمذيبات. يشكل مثبط JNK3 الانتقائي، وهو المركب 1 (الشكل 9)، رابطة H بين البيروليدين البروتوني وAsn89، كما يشكل مثبط JNK3 انتقائي آخر، وهو المركب 3، رابطة F بين الفلور المستبدل في الإندولين {{11 }}مجموعة واحدة وAsn152/Gln155. هذه الروابط كلها تفاعلات إضافية في منطقة التعرض للمذيبات. علاوة على ذلك، كانت مجموعة الكربونيل من الثيازول-4-واحد في المركب 3 قريبة من بقايا Asn152، والتي تم توقعها على أنها تفاعل ثنائي القطب.

بمجرد تحقيق الانتقائية الإسوية، لا يزال هناك العديد من العقبات التي يتعين التغلب عليها. بادئ ذي بدء، نظرًا لأوجه التشابه بين جيوب ربط ATP التي تستهدفها معظم مثبطات بروتين كيناز، يجب الحصول بشكل تفضيلي على الانتقائية العامة على كينوم البروتين بخلاف JNK1/2. ثانيًا، ستكون هناك حاجة إلى فعالية عالية لأن تركيز الجسم من العلاجات يجب أن يتنافس مع ATP، الموجود في نطاق الميليمولار في الخلايا. ثالثًا، ستكون هناك حاجة إلى اختراق BBB دون توليد آثار جانبية كبيرة، وهو التحدي الأكثر صعوبة منذ مرض الزهايمر، والمرض الذي نحاول التغلب عليه هو مرض مزمن، والعلاجات مطلوبة لعلاج طويل الأمد. لذلك، في الاستطبابات مع فترة الجرعات الطويلة هذه، يصبح ملف تعريف السلامة الواسع مسألة مهمة للغاية. على الرغم من أن تطوير مثبطات JNK3 كعلاج للأمراض التنكسية العصبية لم يكن ناجحًا بعد، فقد أصبح من الواضح أن JNK3 يعد هدفًا علاجيًا واعدًا.

يجذب JNK3 المزيد والمزيد من الاهتمام كهدف علاجي لمرض الزهايمر. ينبغي أخذ هذه الخصائص في الاعتبار عند تصميم مثبطات JNK3 الجديدة، والتي يمكن أن تسهل تطوير مثبطات JNK3 القوية والانتقائية كعلاجات لمرض الزهايمر قريبًا.

التمويل:

تم تمويل هذا البحث من خلال منح مؤسسة الأبحاث الوطنية الكورية NRF-2020R1A6A1A03042854 (مركز اعتلال البروتينات) وNRF-2021R1A2C2007159 (J.-M. Hah).

بيان مجلس المراجعة المؤسسية:

غير قابل للتطبيق.
بيان الموافقة المستنيرة:

غير قابل للتطبيق.

تضارب المصالح:

الكتاب ليس لديهم تضارب المصالح إلى إعلان.

مراجع

1. بورنيت، ج.؛ كينيدي، EP الفسفرة الأنزيمية للبروتينات. جي بيول. الكيمياء. 1954، 211، 969-980. [المرجع المتقاطع]

2. إدارة الغذاء والدواء الأمريكية. متاح عبر الإنترنت: https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/compilationcder-new-molecular-entity-nme-drug-and-new-biologic-approvals (تم الوصول إليه في 14 سبتمبر 2021).

3. فيكارو، بينالي الشارقة؛ ماكليلاند، ML؛ ستوكنبرج، بت؛ بيرك، دي جي. روس، مم؛ شابانويتز، J .؛ هانت، مدافع؛ الأبيض، تحليل FM Phosphoproteome بواسطة قياس الطيف الكتلي وتطبيقه على Saccharomyces cerevisiae. نات. التكنولوجيا الحيوية. 2002، 20، 301-305. [المرجع المتقاطع]

4. كوهين، ب. تنظيم وظيفة البروتين عن طريق الفسفرة متعددة المواقع — تحديث لمدة عام 25-. اتجاهات الكيمياء الحيوية. الخيال العلمي. 2000، 25، 596-601. [المرجع المتقاطع]

5. Roskoski، RJ خصائص مثبطات بروتين كيناز الجزيئي الصغير المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء: تحديث عام 2021. فارماكول. الدقة. 2021، 165، 105463. [المرجع المتقاطع]

6. مولر، س.؛ تشيكواد، أ.؛ رمادي، NS؛ كناب، S. خصوصيات وعموميات تطوير مثبط الكيناز الانتقائي. نات. الكيمياء. بيول. 2015، 11، 818-821. [المرجع المتقاطع]

7. كوهين، ب. أليسي، اكتشاف دواء كيناز - ما التالي في هذا المجال؟ ايه سي اس كيم. بيول. 2013، 8، 96-104. [المرجع المتقاطع]

8. صغير، درهم؛ Cappai، R. Alois Alzheimer ومرض الزهايمر: منظور مئوي. جي نيوروكيم. 2006، 99، 708-710. [CrossRef] [مجلات]

9. نيكولز، إي. سزويكي، CEI. فولسيت، SE؛ عباسي، ن.؛ عبد الله، ف. عبد الله، ج.؛ عيشور، MTE؛ أكينيمي، ريال عماني؛ الأحدب، ف.؛ أسجيدوم، جنوب غرب؛ وآخرون. العبء العالمي والإقليمي والوطني لمرض الزهايمر وأنواع الخرف الأخرى، 1990-2016: تحليل منهجي لدراسة العبء العالمي للمرض 2016. لانسيت نيورول. 2019, 18, 88-106. [المرجع المتقاطع]

10. ديريجارد، ب.؛ هيبي، م.؛ وو، آي إتش؛ باريت، T.؛ الفرعية.؛ دينغ، T.؛ كارين، م. Davis، RJ JNK1: بروتين كيناز يتم تحفيزه بواسطة الأشعة فوق البنفسجية و Ha-Ras الذي يربط مجال التنشيط c-Jun ويتفسفره. خلية 1994، 76، 1025-1037. [المرجع المتقاطع]

11. جونسون، جي إل؛ ناكامورا، ك. مسار سي-جون كيناز/الإجهاد المنشط: التنظيم والوظيفة والدور في الأمراض التي تصيب الإنسان. الكيمياء الحيوية. بيوفيس. اكتا مول. دقة الخلية. 2007، 1773، 1341-1348. [CrossRef] [مجلات]

12. أوكازاوا، هـ؛ Estus، S. سلسلة JNK / c-Jun ومرض الزهايمر. أكون. J. مرض الزهايمر. خرف آخر. 2002، 17، 79-88. [المرجع المتقاطع]

13. بروكنر، ريال. تامارييلو ، إس بي . كوان، قبرصي؛ فلافيل، را؛ راكيتش، P.؛ يساهم Estus، S. JNK3 في تنشيط c-Jun وموت الخلايا المبرمج ولكن ليس الإجهاد التأكسدي في الخلايا العصبية الودية المحرومة من عامل نمو الأعصاب. جي نيوروكيم. 2001، 78، 298-303. [المرجع المتقاطع]

14. جوين، مارك ألماني؛ شاكلفورد، دي بي؛ إيجان، مدافع. ميهايلوفا، مم؛ ميري، أ. فاسكيز، DS. تركي، BE؛ شو، فسفرة RJ AMPK للطيور الجارحة تتوسط نقطة تفتيش استقلابية. مول. خلية 2008، 30، 214-226. [المرجع المتقاطع]

15. يون، سو؛ بارك، دي جي؛ ريو، JC. أوزر، زئبق؛ تيب، سي؛ شين، YJ. ليم، ث؛ باستورينو، ل.؛ كونوار، AJ. والتون، جي سي. وآخرون. JNK3 يديم الإجهاد الأيضي الناجم عن الببتيدات. الخلايا العصبية 2012، 75، 824-837. [المرجع المتقاطع]

For more information:1950477648nn@gmail.com