Design, Synthese und biologische Evaluation neuer Dibenzosuberon-basierter p38α MAPK-Inhibitoren zur SAR-Aufklärung der Bindungstasche

Abstract

Die Dissertation ist gesperrt bis zum 29. November 2027 !

Die p38α MAP-Kinase ist bereits seit vielen Jahren ein intensiv untersuchtes Target zur Entwicklung neuartiger Therapeutika gegen autoimmune Erkrankungen wie die rheumatoide Arthritis (RA) oder die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD). Darüber hinaus ist die p38α MAP-Kinase aufgrund ihrer Beteiligung an der Entstehung, Proliferation und Metastasierung verschiedener Tumoren (z.B. Darm-, Brust-, Leberkrebs, etc.) ein hochattraktives Target in der Krebstherapie. Trotz intensiver Forschung konnte bisher jedoch kein p38α MAPK-Inhibitor als Arzneistoff zugelassen werden. Zahlreiche klinische Studien scheiterten an mangelnder klinischer Wirksamkeit, inakzeptablen Toxizitäten (z.B. Hepatotoxizität) oder auch an mangelnder Bioverfügbarkeit und Pharmakokinetik. In der Arbeitsgruppe von Prof. Laufer konnte ausgehend von dem intern entwickelten Typ I Inhibitor Skepinon-L eine neue Klasse von p38α Inhibitoren identifiziert werden. Diese innovativen Typ I½ Inhibitoren verfügten über eine verlängerte Seitenkette, die es ihnen ermöglichte, nicht nur Interaktionen mit der hydrophoben Region I auszubilden, sondern auch eine neue R-Spine Pocket zu induzieren, die zusätzliche Wechselwirkungen mit der Kinase, z.B. mit dem DFG-Motiv, ermöglichte. Die neuen Typ I½ Inhibitoren zeigten eine ausgezeichnete enzymatische und zelluläre Hemmaktivität, eine signifikant verlängerte Target Residence Time (TRT) und eine herausragende Kinaseselektivität. Im Rahmen dieser Arbeit sollten neue Typ I½ Inhibitoren durch die Adressierung der R-Spine Pocket der p38α Kinase synthetisiert werden. Durch verschiedene Variationen in der Seitenkette sollten neue Struktur-Aktivitäts-Beziehungen (SARs) der Typ I½ Bindungsklasse mit der hydrophoben Region I, der R-Spine und der R-Spine Pocket aufgestellt werden. Durch die erfolgreiche Synthese von insgesamt 104 Testverbindungen konnte die Substanzbibliothek der p38α MAPK-Inhibitoren erweitert und somit eine Reihe neuer SARs abgeleitet werden. Das Verständnis der Wechselwirkungen der Inhibitoren mit der HR-I und der R-Spine Pocket konnte erweitert und verbessert werden. Eine Vielzahl der Verbindungen zeigte in enzymatischen Assaysystemen exzellente Hemmaktivitäten mit IC50-Werten im niedrigen nanomolaren bis pikomolaren Bereich. Durch die in dieser Arbeit gewonnenen Daten konnte die bereits vermutete Überlegenheit eines Typ I½ Bindungsmodus gegenüber einem Typ I oder Typ II Modus weiter gefestigt und die R-Spine Pocket genauer definiert werden. Darüber hinaus konnte der synthetische Zugang zum Dibenzosuberon-Grundgerüst durch eine fünfstufige Reaktionsfolge mit einer Gesamtausbeute von 82 % weiter optimiert werden. Durch ein neues Designkonzept, einem derivatisierbaren Typ I Inhibitor, konnte die Synthese von Inhibitoren mit zusätzlichem R-Spine Motiv erleichtert werden.

For many years, p38α MAP kinase has been an intensively studied target for the development of novel therapeutics for autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis (RA) or chronic obstructive pulmonary disease (COPD). In addition, p38α MAP kinase is a highly attractive target in cancer therapy due to its involvement in the development, proliferation and metastasis of several tumours (e.g. colon, breast, liver). However, despite intensive research, no p38α MAPK-inhibitor has been approved as a drug. Numerous clinical trials have failed due to lack of clinical efficacy, unacceptable toxicities (e.g. hepatotoxicity) or even poor bioavailability and pharmacokinetics. In Prof. Laufer's research group, a new class of p38α inhibitors was identified, starting with the in-house developed type I inhibitor skepinone-L. These innovative type I½ inhibitors had an extended side chain that enabled them not only to interact with the hydrophobic region I, but also to induce a new R-spine pocket that allowed additional interactions with the kinase, e.g. with the DFG motif. The new type I½ inhibitors showed excellent enzymatic and cellular inhibitory activity, significantly prolonged target residence time (TRT) and outstanding kinase selectivity. The aim of this thesis is to synthesise new type I½ inhibitors by targeting the R-spine pocket of p38α kinase. Through different variations of the side chain, new structure-activity relationships (SARs) of the type I½ binding class with the hydrophobic region I, the R-spine and the R-spine pocket should be established. By successfully synthesising a total of 104 compounds, the library of p38α MAPK-inhibitors could be expanded and thus several new SARs were generated and established. The understanding of the interactions of the inhibitors with the HR-I and the R-spine pocket could be extended and improved. Many of these compounds showed excellent inhibitory activities in enzymatic assay systems with IC50 values in the low nanomolar to picomolar range. The data obtained in this work further confirmed the already suspected superiority of a type I½ binding mode over a type I or type II mode and helped to define the R-spine pocket more precisely. In addition, the synthetic access to the dibenzosuberone backbone was further optimised by a five-step reaction sequence with an overall yield of 82 %. A new design concept, a derivatisable type I inhibitor, facilitated access to inhibitors with an additional R-spine motif.