Design, synthesis and biological evaluation of glycogen synthase kinase 3b(GSK3b) inhibitor

Abstract

당뇨병(Diabetes mellitus)은 대사질환의 일종으로 혈액내의 포도당 (glucose) 농도가 조절되지 않는 질병을 말한다. 혈중 포도당 (glucose)의 농도가 높아지는 고혈당을 특징으로 하며, 이를 통해 유발되는 여러 합병증으로 인해 삶의 질이 떨어지게 된다. 당뇨병은 크게 1형 당뇨병과 2형 당뇨병으로 나뉘며 인슐린의 분비에 문제가 있을 시 1형 당뇨병, 인슐린의 분비는 정상이지만 인슐린 저항성에 의해 발병이 될 경우를 2형 당뇨병으로 구분한다. 인슐린의 신호전달 회로 가운데 중요한 역할을 담당하는 카이네즈는 GSK3이다. GSK3α, β 두 가지의 동질효소 (isozyme)가 알려져 있으며, 포도당 (glucose)을 생체 내에서 즉시 이용 가능한 형태인 포도당 집합체인 글리코겐 (glycogen)로 저장하는 효소인 glycogen synthase를 조절 (negative regulation) 한다. 따라서 GSK3를 저해할 경우 인슐린이 분비 경로를 통하여 포도당 (glucose)을 글리코겐 (glycogen)으로 저장하는 경로가 활성화 된다. 이에 본 연구자는 동질효소 가운데 하나인 GSK3β를 제어하기 위한 7-hydroxy benzimidazole 구조를 ATP의 X-ray 결정학적 분석과 분자 모델링을 참고로 하여 개발하였다. Solid phase parallel synthesis 합성법으로 GSK3β 효소의 ATP binding site에 선택적, 경쟁적으로 결합하는 유도체들을 도출하였으며, 구조-활성관계 연구를 통하여 높은 활성을 가지는 GSK3β 저해제를 개발하였다. 또한 GSK3β의 ATP binding site와 합성된 유도체와의 결합모드 (binding mode)를 X-ray 결정학적 방법을 이용하여 규명하였다. In vitro 활성이 우수한 유도체들을 선별하여 동물실험을 진행하였고, 개발된 유도체의 생물학적 대사 안정성 (metabolic stability)을 담보하기 위한 구조변환 작업을 통하여 새로운 imidazopyridine 구조를 개발하였다. 또한 새로운 imidazopyridine 구조를 기반으로 다양한 유도체들을 합성하여 in vitro 활성과 효소 선택성 비교 (kinase selectivity0, 생물학적 대사 안정성 (metabolic stability)이 우수한 유도체들을 도출할 수 있었다. Mouse를 이용한 약동력학 (Pharmacokinetics) 연구를 통하여 in vitro 활성이 뿐만 아니라 동물모델에서 안정적이고 생체 이용률이 우수한 유도체를 개발하였다. 또한 mouse 모델 (ICR) 및 유전자 조작 mouse 모델 (db/db)을 이용하여 단기 및 장기 포도당 견딤검사 (oral glucose tolerance test)를 수행하였고, 혈액 검사 (blood biochemical & hematological analysis)와 부검 (biopsy)을 통하여 당뇨병의 치료 효과를 보이는 선택적이고 안전하며 활성이 우수한 GSK3β의 저해제를 도출하였다.