摘要:现有LSD1可逆抑制剂GSK-690同时也是hERG抑制剂,这限制了该类化合物的开发。为了发现更好的LSD1抑制剂,作者以GSK-690为起始化合物,用SPARK进行了骨架跃迁计算发现了Beta-内酰胺类与四氢吡咯两类新骨架。其中化合物21g展示出与起始化合物相似的LSD1抑制活性而降低了hERG的抑制活性。

Mould, D. P.; Bremberg, U.; Jordan, A. M.; Geitmann, M.; McGonagle, A. E.; Somervaille, T. C. P.; Spencer, G. J.; Ogilvie, D. J. Development and evaluation of 4-(pyrrolidin-3-yl)benzonitrile derivatives as inhibitors of lysine specific demethylase 1. Bioorganic & medicinal chemistry letters 2017, 27, 4755-4759.

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一. 背景

赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1 (Lysine-specific histone demethylase 1A,KDM1A)也称做Lysine-specific demethylase 1A (LSD1) 位于人类1号染色体断臂3区6带12亚带。LSD1是第一个被定义的组蛋白特异性去甲基化酶,能够特异性的去除组蛋白H3第4位及第9位赖氨酸的一甲基与二甲基化,实验发现LSD1在多种肿瘤组织及细胞中表达升高,如前列腺癌、乳腺癌、膀胱癌、结肠癌、肺癌以及中枢神经系统肿瘤。LSD1可能参与多条信号通路影响了肿瘤发生、生长、增值、侵润转移等多个环节。此外,LSD1也在急性髓细胞白血病(acute myeloid leukaemia,AML)的分化扮演重要作用。此外,LSD1抑制显示出激活全反式视黄酸(all-trans retinoic acid,ATRA)通路增加髓系细胞分化基因的表达,这意味着LSD1抑制剂与ATRA组合可能为AML的治疗提供新的选择,尤其是单用ATRA治疗疗效不满意时。尽管已经有很多的LSD1抑制剂,但是脱靶理想的LSD1可逆抑制剂尚未发现。

GSK-690(Figure 1)是一个可逆的LSD1抑制剂,常作为LSD1可逆抑制剂开发的起始化合物,但受碍于其抑制LSD1的同时还是抑制hERG(human ether-a-go-go related gene)而具有潜在的心脏毒性。因此,发现选择性的LSD1抑制剂而没有hERG活性的化合物是很需要的。

Figure 1. GSK-690结构

二. 骨架跃迁

为了发现可逆LSD1抑制剂、降低hERG活性,作者以GSK-690为起始化合物,采用CressetSPARK对GSK-690进行骨架跃迁的研究以发现可以替换吡啶骨架的化合物。在本研究中SPAKR识别出两类新骨架:β-内酰胺与四氢吡咯(Figure 2)。

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Figure 2. Cresset Torch将SPARK设计的新骨架化合物2-4叠合到化合物1上,相似性打分值大于0.7意味着相似性好。

作者进一步用Cresset Torch将新骨架化合物2~4叠合到化合物1上,以改善空间叠合,结果见Figure 1。Torch预测发现cis-β异构体(2)要远远的优于trans-β异构体(3), 因为cis-的(2)允许两个芳香基团如同化合物1一样摆在同一平面上,而在trans-(3)的两个芳香基团被迫离开平面。四氢吡咯是另一个潜在的骨架,它通过柔性母核使得trans-的(4)可以让两个芳香环仅是稍稍篇离平面。

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Figure 3. 化合物7-10。

后续的实验表明,trans-(8-10)化合物无论是IC50还是SPR实验,都没有展示出生物活性(IC50大于30μM, Kd大于100μM);而其cis-异构体显示出中等的活性(8 IC50=38μM, 10Kd=53μM)。

四氢吡咯类化合物结构-活性关系见表1,其中21g活性最强:

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Table 1. 四氢吡咯类化合物的结构与活性

三. 靶标选择性

比之化合物1,化合物21g对LSD1的IC50略有损失,而对hERG的抑制活性也变低(IC50变大)。

Compound LSD1(IC50μM) hERG(IC50μM)
1 0.041 3.2
21g 0.057 12.1

四. 小结

以GSK-690为起始化合物,SPAKR骨架跃迁发现两个新的骨架结构:β-内酰胺与四氢吡咯;其中四氢吡咯类化合物21g在活性测试中显示出与起始化合物相似的LSD1抑制活性,而hERG抑制活性得以改善。

五. SPARK试用