Entwicklung neuartiger isoform-selektiver Inhibitoren der c-Jun N-terminalen Kinase 2 und 3

Abstract

Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese, Analyse und Evaluation von neuartigen Molekülen (small molecules), welche als Inhibitoren der c-Jun N-terminalen Kinasen (JNKs) entwickelt wurden. Die drei Isoformen der JNKs (JNK1, JNK2, JNK3) unterscheiden sich untereinander in ihrer Aminosäuresequenz sowie in ihrem dreidimensionalen Aufbau nur marginal, was die Entwicklung von isoform-selektiven Inhibitoren zu einer anspruchsvollen Aufgabe macht. Um mögliche Unterschiede zwischen den einzelnen Isoformen, etwa in ihren Signalwegen, aufzuklären, ist es jedoch erforderlich, sogenannte high-quality chemical probes zu entwickeln, die gezielt eine Isoform hemmen. Die Entwicklung solch einer JNK2 spezifischen Sonde in Form eines small molecules, war Ziel dieser Arbeit. Die JNK2 ist wohl der am wenigsten untersuchte Vertreter innerhalb der JNK-Isoformen. Es konnte bereits im Mausmodel gezeigt werden, dass bei einem gezielten Knockdown von JNK2, in Kombination mit einem Knockdown der upstream gelegenen Mitogen-aktivierten Proteinkinase-Kinase (MAPKK) MKK4, ein positiver synergistischer Effekt auf die Leberregeneration erreicht werden kann. Demgegenüber führte solch eine kombiniertes Silencing von JNK1 und MKK4 zu einem Verlust dieses pro-regenerativen Effekts. Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer spezifischen JNK2-selektiven probe. Eine gleichzeitige Hemmung von JNK3 kann, auch aufgrund der hauptsächlichen Lokalisation von JNK3 in Hirn, Herz und Hoden, aber nicht in der Leber, als weniger relevant bei der Untersuchung dieses Phänotyps betrachtet werden. In einem struktur-basierten Design-Ansatz wurden unterschiedliche Grundstrukturen hinsichtlich ihrer Isoform-Selektivität gegenüber JNK2 iterativ optimiert. Der Fokus lag hierbei auf der chemischen Modifikation von reversiblen Aminopyrazol-basierten Inhibitoren. Als Grundlage diente hierzu eine Vielzahl verfügbarer Proteinkristallstrukturen aller Isoformen, sowie publizierte Struktur-Wirkungsbeziehungen (SARs). Durch Testungen auf allen Isoformen, konnten hochselektive Leitstrukturen identifiziert werden (> 100-fach selektiver gegenüber JNK1), welche in unterschiedlichem Umfang weiter auf ihre metabolische Stabilität, sowie Aktivität und Isoform-Selektivität in zellulären Systemen, ihre Pharmakokinetik und schlussendlich auf ihre Gesamtselektivität im Kinom hin evaluiert wurden. Basierend auf diesen klassischen „ligand-first approach“ konnte zudem eine Serie kovalenter Inhibitoren entwickelt werden, die letztendlich zu der Entwicklung und Validierung einer potentiellen high-quality chemical probe von JNK2/3 führte.