Perspectives structurelles pour l’optimisation des inhibiteurs mPGES-1 à base de dihydropyrimidin-2 (1H) -one

Prostaglandine E2 synthases

(mPGES-1, mPGES-2 et cPGES) sont les enzymes terminales impliquées dans

la biosynthèse du médiateur des lipides inflammatoires crucial PGE2.1 Contrairement aux formes constitutives

(mPGES-2 et cPGES), l’isoforme inductible lié à la membrane mPGES-1

est devenue une cible stratégique pour les médicaments dans les

les troubles aigus et chroniques, 2 tels que l’inflammation, 3 la douleur, 4 la fièvre, 5 l’arthrite rhumatoïde, 6 l’arthrose, 7 et le cancer.8,9 Les principales limites liées à l’utilisation de l’anti-inflammatoire classique

médicaments (AINS et coxibs), qui réduisent les niveaux de PGE2

bloquant les enzymes COX, sont cardiovasculaires, gastro-intestinales et rénales

Effets secondaires; par conséquent, il existe un fort besoin de développer des alternatives plus sûres

en particulier pour les thérapies à long terme.10,11 Dans ce domaine,

Les inhibiteurs de mPGES-1 pourraient représenter une approche pharmacologique précieuse

sans affecter la formation de PGH2 produite par voie enzymatique

par les COX. Jusqu’à présent, un certain nombre de composés avec différents chémotypes

ont été identifiés, mais aucun n’a participé à des essais cliniques.12,13 Informations structurelles sur les principaux groupes fonctionnels, y compris un

pharmacophore défini, a été le problème majeur pour le développement

de puissants inhibiteurs de mPGES-1 grâce à des approches de conception rationnelle. Dans

En outre, les premières informations détaillées sur les trois dimensions

structure de cette protéine dépendante du glutathion sous sa forme active

ont été récemment fournis au moyen d’expériences de rayons X par Sj ö gren

et al. en 2013.14 La structure déterminée

a révélé que l’homotrimère mPGES-1 a trois cavités de site actif

dans la région couvrant la membrane à chaque interface de monomère. le

monomère asymétrique est formé par un faisceau de quatre hélices, et chaque actif

le site se trouve entre les parties N-terminales des hélices II et IV d’un monomère,

la partie C-terminale de l’hélice I, et le domaine cytoplasmique de la

monomère adjacent, vers la partie cytoplasmique de la protéine (figure ​ (figure1) .1). Le cofacteur (GSH) adopte une forme de U en raison de la

interactions fortes entre ses deux fonctions carboxyliques terminales

et une région chargée positivement dans la partie la plus profonde de la liaison

site.Figure 1 Prostaglandine synthase-1 microscopique (mPGES-1)

structure (code PDB: 4BPM) (structure secondaire:

chaîne A bleue; chaîne B rouge; chaîne C orange). Le glutathion comme cofacteur

est représenté en mode réglisse (C, vert, O, rouge, N, bleu, H, lumière

gris), la surface moléculaire … Comme indiqué précédemment, nous avons récemment découvert un rationnel

conception

approche pour la découverte de nouveaux inhibiteurs de mPGES-1 mettant en

noyau de dihydropyrimidine-2 (1) H-one (DHPM), en utilisant

la structure cristalline décrite ci-dessus.15 Dans ce travail, nous avons effectué des études d’amarrage moléculaire et identifié

le candidat prometteur 1 (IC50 = 4,16 ±

0,47 μ M, schéma 1) en tant qu’inhibiteur de mPGES-1

comportant le nouveau noyau chimique de DHPM. En 2014, une nouvelle haute résolution

Structure de rayons X du mPGES humain-1

dans la mésophase lipidique a été rapporté dans une étude de biologie structurale

en complexe avec l’inhibiteur très puissant LVJ (2 – [[2,6-bis (chloranyl) -3 – [(2,2-diméthylpropanoylamino) méthyl] phényl] amino] -1-méthyl-6- (2-méthyl-2- oxydanyl-propoxy) -N- [2,2,2-tris (fluoranyl) éthyl] benzimidazole-5-carboxamide)

(PDB code: 4BPM) .16 Comme c’était le premier cocrystal rapporté

ligand – la structure des protéines, nous avons entrepris une analyse attentive de

le mode contraignant de LVJ afin d’obtenir des informations utiles et

clarifier la base moléculaire de l’interaction d’un inhibiteur mPGES-1

avec la contrepartie du récepteur. Tout d’abord, LVJ agit comme un substrat compétitif

inhibiteur mais est incapable de déplacer le cofacteur GSH. Nous avons analysé

le modèle tridimensionnel (Figure ​ (Figure2) 2) et

remarqué un ensemble étendu d’interactions polaires et hydrophobes de LVJ

avec les résidus clés responsables de l’activité catalytique du

protéine étudiée (A: ARG126, A: SER127 et A: THR131). Surtout,

LVJ adopte une forme affaissée particulière dans le site de liaison, et cela

est principalement dû à un fort edge-to-face π – π interaction

entre son fragment dichlorophényle et le groupe phényle dans le côté

chaîne de B: PHE44, et de même avec B: HIS53 (Figure ​ (Figure2) .2). De plus, la fraction benzimidazole substituée interagit

avec la partie externe du site de liaison vers la chaîne A, et la

substituant linéaire plus petit (2,2-diméthylpropanoylamino) -méthyle partiellement

occupe la rainure de liaison dans la partie supérieure du site actif

(Figure ​ (Figure22) .Figure 2 (a) Modèle tridimensionnel de LVJ (coloré

par types d’atomes: C, iceblue;

N, bleu; O, rouge; H, gris clair; Cl, vert; F, rose) dans le mPGES-1

site de liaison (surface moléculaire représentée en blanc); résidus dans

le site actif représenté en réglisse (couleur … À la lumière de la nouvelle élucidation

idées structurelles, nous avons réévalué

le mode de liaison de notre composé de plomb 1 (Schéma 1) avec cette nouvelle structure de mPGES-1 de rayons X par des moyens

des expériences d’amarrage moléculaire. En particulier, dans notre modèle précédent,

nous avons souligné l’importance du groupe 4-méthoxybenzoyle à C5

orientée sur la dihydropyrimidine-2 (1H) centrale

noyau, qui en l’absence, a abandonné l’activité inhibitrice en raison de la

l’échec de l’établissement des interactions clés avec la contrepartie du récepteur.

De plus, nous avons identifié un face-à-face fondamental π – π

interaction entre ce fragment aromatique et le A: TYR130, ce dernier

étant normalement impliqué dans un contact stable avec le cofacteur GSH

Dans le nouveau modèle proposé ici, nous avons évalué le mode de liaison de 1 en présence de GSH (en tant que LVJ), et nous avons constaté que

caractéristique de ce nouveau modèle est l’orientation différente du 4-méthoxybenzoyle

groupe à C5 (Figure S1, Informations à l’appui). En particulier, alors que le 5- (3- (trifluorométhyl) phényl) furan-2-yle

groupe à C4 occupe la rainure de liaison d’une manière similaire, dans notre

nouveau modèle l’anneau aromatique à C5 est orienté vers la liaison peu profonde

rainure sur la partie cytoplasmique de la protéine, proche du B: PHE44.

Néanmoins, bien que le composé puisse occuper la liaison

site en établissant un grand nombre de contacts, le fort face-à-face

π – π interaction avec B: PHE44, observée pour LVJ,

est

pas détectable dans ce cas (Figure S1, Supporting

Information). Dans un effort pour améliorer l’activité de

notre composé principal, nous nous sommes concentrés

dans la conception et la synthèse de trois analogues structuraux apparentés de 1 (composés 2 – 4), considérant ainsi

comme composé de référence et en effectuant de légères modifications précises et précises.

Dans ces nouvelles molécules, nous avons conservé le 5- (3- (trifluorométhyl) phényl) -furan-2-yl

groupe à C4 en raison de sa bonne complémentarité avec l’enzyme,

nous avons modifié le substituant aromatique à C5 pour atteindre B: PHE44, et enfin

nous avons simplifié la position C6 du noyau DHPM, ce qui n’était pas essentiel

pour l’inhibition des protéines.En exploitant notre protocole optimisé

pour la synthèse des DHPM,

nous avons obtenu les composés 2 – 4 dans très

conditions expérimentales faciles et rapides. Comme alternative à la conventionnelle

stratégies de type linéaire, nous nous sommes reposés à nouveau sur les trois composants Biginelli

condensation de dihydropryrimidine, une approche utile dans la diversité

synthèse en chimie organique et médicinale, 17,18 grâce à sa rapidité, son efficacité et ses rendements élevés19. Bien que cette procédure chimique soit adaptée à la production

grandes collections de molécules diverses, le but principal de cette étude

était d’utiliser les nouvelles informations structurelles mPGES-1 pour l’optimisation

de composé de plomb 1, sans modifier son pharmacophorique

portions. Pour ces raisons, nous avons utilisé trois disponibles dans le commerce

Blocs de construction Biginelli dans une procédure assistée par micro-ondes et accompli

la synthèse des composés 2 – 4, comme

décrit dans le schéma 1. Une fois de plus, une

biginelli à médiation par triméthylsilyle assisté par micro-ondes (TMSCl)

la condensation fournit un accès rapide à la dihydropyrimidine désirée

dérivés avec de bons rendements et des temps de réaction courts. Composés synthétisés

ont été purifiés par HPLC en phase inverse et caractérisés par ESI-MS,

HRMS et spectres RMN 1Structures des composés 1 – 4 et

Stratégie synthétique Comme une enquête préliminaire, nous avons synthétisé 2 employant

1- (5-bromo-2-hydroxyphényl) -1,3-butanedione en tant que 1,3-dicarbonyl synthon

dans la réaction de Biginelli. En particulier, nous nous sommes d’abord demandé si

des substitutions sur le cycle aromatique au C5 pourraient gagner

interactions avec B: PHE44. De plus, puisque dans le modèle 3D proposé

de 1, la fonction 6-éthylcarboxylate n’était pas impliquée

dans les contacts fondamentaux dans le site de liaison, ce synthon pourrait permettre

le remplacement de cette fonction chimique par le plus petit 6-méthyle

groupe. De plus, cette modification chimique a été encouragée par la présence

des accepteurs / donneurs de liaison H (brome et − OH dans ce cas) sur

le bloc de construction précurseur, dans le but de mieux accueillir cette

fonction chimique pour atteindre le bord-à-face π – π

interaction avec la contrepartie du résidu protéique (Figure S2, Informations de support). En détails, avant

synthétisant 2, des expériences d’amarrage virtuel ont révélé

la méta-position sur l’anneau aromatique à C5 comme topologie correcte

imiter le chlore de LVJ profondément inséré dans la liaison mPGES-1

cavité. La présence d’un méta-brome a révélé

meilleure affinité de liaison prédite par rapport aux analogues méta-chloro et méta-hydroxyle. Pour tous ces

raisons, parmi les blocs de construction disponibles dans le commerce, 1- (5-bromo-2-hydroxyphényl) -1,3-butanedione

a été choisi comme 1,3-dicarbonyl synthon, également pour la présence supplémentaire

d’un substituant hydroxyle capable d’établir des interactions polaires avec

la contrepartie du récepteur. Des études d’amarrage de 2 ont montré

une interaction légèrement meilleure du (5-bromo-2-hydroxyphényl) -oxo

substituant à la C5 avec B: PHE44, même si dans ce cas aussi cette

groupe ne s’est pas parfaitement superposé à celui de LVJ impliqué dans

le π – π avec B: PHF44. Tests biologiques in vitro

confirmé ces résultats computationnels, avec un IC50 =

5,60 ± 0,40 μ M, comparable à celui de 1 (IC50 = 4,16 ± 0,47 μ M). Nous étions intrigués par cette

données pour la possibilité d’optimiser davantage l’orientation de

la fraction aromatique en C5, tout en conservant le groupe méthyle en C6.

Ensuite, afin de parvenir à une orientation plus appropriée dans la liaison

site, nous avons décidé de considérer l’anneau phényle simple à C5, mais en augmentant

sa distance du noyau de dihydropryrimidine avec l’introduction

d’un espaceur oxyméthylène (Schéma 1), en utilisant

l’acétoacétate de benzyle en tant que 1,3-dicarbonyle synthon pour la synthèse de

composé 3. Les expériences d’amarrage ont soutenu cette hypothèse,

avec une superposition parfaite de la partie dichlorophényle de LVJ et

la partie benzyl-oxy-carbonyle au C5 de 3, qui

est capable d’établir la clé en face-à-face π – π avec

B: PHE44 (Figure S3, Informations de support). En effet, l’activité inhibitrice sur mPGES-1 a été améliorée, avec

un IC50 = 1,40 ± 0,60 μ M pour 3.

Une fois identifié un meilleur fragment chimique en interaction au C5 sur

le noyau DHPM, nous avons également examiné la possibilité de modifier le

Position N1 orientée vers la partie externe de la protéine. Nous avons remarqué

que dans 3 cet azote non substitué n’était pas impliqué

dans toutes les interactions clés avec les résidus polaires, puis nous avons présenté

une fonction 2-carboxy-éthyle à N1 (composé 4, figure ​ figure 3), 3), comme suggéré par des expériences d’amarrage moléculaire

effectuée sur des composés substitués différemment N1. L’amélioration

du profil biologique de 4 (IC50 = 0,41

± 0.02 μ M) complètement d’accord avec les prédictions de calcul,

confirmant l’hypothèse que la fraction 2-carboxy-éthyle supplémentaire

à N1 gagne des interactions polaires pertinentes, en particulier avec la clé

résidu A: SER127. Notamment, ce résidu clé contribue à la catalyse

processus derrière l’isomérisation de PGH2 à PGE214 et est placé dans une région de la protéine

(Chaîne A) dans laquelle LVJ (gamme d’activité à faible nanomolaire) est capable d’établir

un réseau H-Bond supplémentaire, expliquant ainsi la différence d’inhibiteur

activité avec 4 (gamme nanomolaire élevée). De plus, le

l’accomplissement des interactions clés avec la contrepartie du récepteur

a été trouvé pour les deux énantiomères possibles à C4, mais une différence

dans les énergies de liaison prédites a été observée en raison de la légère différence

orientation du noyau dihydropyrimidine dans la liaison mPGES-1

cavité (Figure S4, Informations de support) .Figure 3 (a) Modèle tridimensionnel de 4 (coloré par atome

types: C, orange; N, bleu; O, rouge; H, gris clair; F, rose) dans l’amarrage

avec mPGES-1 (surface moléculaire représentée en blanc); résidus dans

le site actif représenté en réglisse (coloré par types d’atomes: … En conclusion, l’analyse minutieuse de la structure cristalline mPGES-1

dans le complexe avec l’inhibiteur connu LVJ a offert une direction pour la

motif de décoration plus approprié sur la base de dihydropyrimidine précédemment rapporté

inhibiteurs de mPGES-1, révélant 4 comme nouveau composé puissant.

En fait, 4 inhibe l’activité de mPGES-1 avec IC50 = 0,41 ± 0,02 μ M et est l’inhibiteur le plus puissant qui

nous avons développé par conception rationnelle sur l’échafaudage de DHPM. Le souligné

structure – relation d’activité ici signalé et le très

approche synthétique utile représentent un point important pour la conception

de nouvelles collections ciblées prometteuses d’inhibiteurs de mPGES-1. Dans un futur

perspective, les données et les informations structurelles présentées ici suggèrent une

campagne de dépistage virtuel orientée de grandes bibliothèques de synthèse

composés à base de dihydropyrimidine accessibles à travers la combinatoire

Réaction de Biginelli ordonner ici.