Eine neue gemeinsame Studie der University of Eastern Finland, der Washington University in St. Louis, der University of Wisconsin-Madison, der University of North Carolina in Chapel Hill und der Promega Corporation offenbart die Entdeckung und Anwendung einer neuen chemischen Sonde zur selektiven Hemmung von menschlichem COQ8A in Zellen. Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Naturchemische Biologie.
Proteinkinasen sind Enzyme, die den Phosphattransfer von Adenosintriphosphat (ATP) zu Tyrosin-, Threonin- oder Serinresten in spezifischen Zielproteinen katalysieren. Diese Phosphorylierungsereignisse treten in fast jedem Signaltransduktionsweg auf und liefern regulatorische Punkte für therapeutische Eingriffe. Kinasen wurden in den letzten 30 Jahren erfolgreich als Arzneimittelziele eingesetzt, wobei fast 90 Kinase-Inhibitoren von der FDA zugelassen wurden, hauptsächlich zur Behandlung von Krebs und entzündlichen Erkrankungen.
Die kanonische Funktion von Kinasen ist die Phosphorylierung, jedoch fehlt fast 10 % der annotierten Kinasen die enzymatische Aktivität. Obwohl diese Pseudokinasen katalytisch inaktiv sind, führen sie zahlreiche nicht-kanonische Kinasefunktionen durch ihre inaktive ATP-Bindungsdomäne aus. Eine Unterfamilie dieser Pseudo-Kinasen sind die UbiB-Proteine, einschließlich der Kinase COQ8B und der Pseudo-Kinase COQ8A, deren Mutationen direkt mit mehreren menschlichen Krankheiten in Verbindung gebracht werden, wie z.
Bisher ist die einzige eindeutige Verbindung zwischen UbiB-Proteinen und biologischen Prozessen die Notwendigkeit von Coq8 für die Biosynthese von Coenzym Q (CoQ) in Hefezellen. Die vollständige Charakterisierung von Coq8 und anderen UbiB-Proteinen wurde durch einen Mangel an wirksamen, selektiven chemischen Werkzeugen zur Untersuchung ihrer biologischen Funktionen behindert. In dieser neuen Arbeit offenbaren die Forscher einen hochspezifischen potenten Inhibitor TTP-UNC-CA157, der auf die menschlichen COQ8-Proteine abzielt und der erste niedermolekulare Inhibitor von COQ8A oder COQ8B ist, der Auswirkungen auf ihre bekannte Rolle bei der CoQ-Biosynthese in Zellen zeigt.
Um Blei-Inhibitor-Verbindungen zu identifizieren, durchsuchten die Forscher veröffentlichte Kinase-Screening-Daten und fanden COQ8A als vielversprechendes sekundäres Ziel für 4-Anilinochinoline. Durch eine Reihe von Screenings wurde UNC-CA157 als der vielversprechendste Hauptkandidat für die weitere Entwicklung ausgewählt. Im Laufe der Untersuchung löste das Team eine Co-Kristallstruktur von COQ8A, gebunden an UNC-CA157. Diese Struktur unterstützte ihre Bemühungen in der medizinischen Chemie, diese Verbindung durch die Zugabe von Triphenylphosphonium (TPP) zu der lösungsmittelexponierten Region von UNC-CA157 spezifisch auf die mitochondriale Matrix zu richten. Sie demonstrierten auch die Wirksamkeit des mitochondrialen zielgerichteten Inhibitors in einem zellulären Kontext, was der Schlüssel für eine breitere Anwendbarkeit auf diesem Gebiet ist.
Während Zellen für die Atmung und andere Stoffwechselprozesse auf die CoQ-Biosynthese angewiesen sind, hat die Hemmung potenzielle Vorteile. Einschränkungen der CoQ-Produktion durch genetische oder diätetische Eingriffe verlängern die Lebensdauer von Caenorhabditis elegans und Mäusen. CoQ wird auch von der Oxidoreduktase FSP1 verwendet, um den Tod von Krebszellen zu hemmen, was darauf hindeutet, dass die zellspezifische Unterdrückung der CoQ-Biosynthese eine wirksame Strategie gegen Krebs sein könnte. Die in dieser Arbeit entwickelten und charakterisierten niedermolekularen Inhibitoren bieten einen Ausgangspunkt für die Implementierung der COQ8-Hemmung in diesen Bereichen und für eine umfassendere Untersuchung ihrer zellulären Funktionen und die Anfänge einer möglichen therapeutischen Strategie.
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Nathan H. Murray et al., Hemmung kleiner Moleküle des archetypischen UbiB-Proteins COQ8, Naturchemische Biologie (2022). DOI: 10.1038/s41589-022-01168-3