Structure-Activity Relationship Investigation of Potent Human Glutaminyl Cyclase Inhibitor Based on Pharmacophoric Regions

Abstract

알츠하이머 병 (Alzheimer 's disease, AD)은 기억력 상실과 인지력을 심각하게 저하시키는 지속적이고, 끊임 없는 신경 퇴행성의 장애로 간주된다. 지금까지 뇌에서 신경 독성 Aβ종의 형성 수준을 낮추는 것이 AD치료의 우선적인 병리학으로 간주되고 있다. 최근 연구사례들에 따르면 AD 환자의 뇌에서 과도하게 발현되어 농도가 높아진 pyroglutamate (pE-Aβ)는 Aβ보다 빠르게 응집되고 더 큰 독성을 갖고 있다고 한다. pE-Aβ는 Glutaminyl Cyclase(QC)라는 효소에 의해 Amino-terminally 절단된 Aβ의 glutamate 3 또는 11을 기질로 하여 cyclization이 촉매작용이 일어나서 만들어진 생성물이다.<br/> 최근 임상 연구에 따르면 QC는 AD 치료에 대한 대체적 치료표적이 될 수 있음을 보여주고 있다.<br/> 우리 연구 그룹에서는 일련의 QC 저해제의 연구 개발, 특히 기존의 저해제를 기준으로 B-region 과 C-region 에서의 구조적 변형을 통해 좀더 확장된 구조에 초점을 맞추고 있다.<br/> 이 연구에는 저희는 우선 Arg region을 모방한 유사체의 구조 활성 관계 (SAR)에 대해 연구했다. <br/> Arg region 시리즈에서 대부분의 화합물들은 in-vitro 실험에서 우수한 활성을 보여주었다. 그중 IC50 < 10 nM의 우수한 활성을 화합물들을 선별하여 in-vivo 실험을 진행하였다. 그 결과 2-aminopyridi에 aminoethyl을 도입한 경우 in-vitro 실험에서 약 2.5배의 활성이 증가됨을 보였다. 그리고 분자 도킹 모델 연구를 통해 화합물202가 hQC의 active site 에 추가적인 hydrophobic interation을 보여줌으로써 QC 저해제로서 유력한 후보로 기대된다.<br/> 앞서 언급된 결과들을 바탕으로 part2 에서는 위에서 설계한 약리활성 구조를 대체하기 위해 3-alinoalaklyloxy-4-methoxyphele및 4-aminoalkoxheyphel을 포함한 새로운 QC 저해제를 계속해서 개발하였다.<br/> IC50값을 기반으로 활성이 우수한 화합물들을 식별하였다. 그렇게 선별된 화합물들은 in vitro 독성과 in vivo활성을 추가로 진행하였다. 그 결과 QC 저해제 51과 53은 BBB 투과가 가능한 in-vivo 급성 모델에서 우수한 AβN3pE-40-Lowering Effect를 나타냈고, cytotoxicity 와 hERG 저해를 나타내지 않았다. 두 화합물 중 모델 분석의 대상으로 화합물 53을 선택했다. 모델 결과 53의 우수한 효과는 활성부위에서의 염다리효과와 수소결합이라고 설명할 수 있다. BBB의 투과가 더 양호한 이 화합물은 Anti-Alzheimer 에이전트의 잠재적 후보가 될 수 있을 것이다<br/> 마지막으로 중요한 것은 C지역의 dimethoxy이 안정적이지 않고 간 신진대사에 독성을 일으키며 B-region의 변형은 in-vitro활성을 증가시킨다는 것을 발견했다. 따라서, 새로운 heterocyclic을 C-region과 B-region 과 C-region의 연결 고리에 계속 도입했다. 그러나, 모 화합물과 비교하여, C 영역의 헤테로 고리, 특히 인돌, 벤조 퓨란, 벤조 옥사졸, 벤조 티아졸의 고리들은 활성을 2.0 ~ 6.0 배 감소시킨 다는 것을 보였다. 흥미롭게도 일부의 고리 구조들은 B 영역에 도입되었을 때 in vitro활성이 약간 증가함을 보였다. 이러한 결과들은 잠재적인 독성이 없고 우수한 투과력과 활성을 갖는 QC 저해제의 개발에 있어 선도물질 최적화에 귀중한 정보를 줄것이라고 생각한다.<br/> 키워드: Alzheimer Disease, Glutaminyl Cyclase, Aβ, hQC, pyroglutamate