Part I. 아데노신 A2A/A1 이중 길항기전의 1H-Pyrazolo[3,4-d]pyrimidin-6-amine계열 파킨슨병 치료제 도출 연구 Part II. 5-(N-Hydroxycarbamimidoyl) Benzofuran 계열 IDO1 저해제 도출 연구

Abstract

Part I. 아데노신 A2A/A1 이중 길항기전의 1H-Pyrazolo[3,4-d]pyrimidin-6-amine계열 파킨슨병 치료제 도출 연구

파킨슨병은 세계적으로 두 번째로 흔한 신경퇴화성 질환으로, 아직 근본적인 치료법이 부족합니다. 파킨슨병 환자들의 핵심 병리학적 소견은 뇌의 흑색질 조직 내 도파민 신경세포의 손실로 인해 도파민이 감소하는 것입니다. 현재, 레보도파(L-DOPA)는 파킨슨병의 운동 증상을 치료하는 표준 치료법입니다. 그러나 질병이 진행됨에 따라 파킨슨병 증상은 점차 치료에 저항성을 보이며, 불연속적인 약물 전달과 짧은 반감기 때문에 운동 합병증, 즉 약물 유발 운동 장애가 발생할 수 있습니다. 아데노신 수용체에 대한 약물의 변화를 통해 파킨슨병 증상을 조절하는 것은 여전히 가장 잘 연구된 비도파민계 접근 방법 중 하나입니다. 아데노신은 수용체 상호작용과 세포내 신호 전달을 통해 도파민계에 영향을 미칩니다. 이 연구에서는 A2A와 A1 수용체의 이중 길항제로서 파킨슨병에 더 효과적이고 지속적이며 안전한 치료법을 찾기 위해 새로운 1H-피라졸로[3,4-d]피리미딘-6-아민(1H-pyrazolo [3,4-d]pyrimidin-6-amine) 코어 스캐폴드의 유도체들을 설계하고 합성했습니다. 이들 화합물 중 11o는 두 수용체 hA2A과 hA1 모두에 대해 높은 결합 친화도(hA2A Ki = 13.3 nM; hA1 Ki = 55 nM)와 완전한 길항작용(hA2A IC50 = 136 nM; hA1 IC50 = 98.8 nM)을 나타냈습니다. 11o는 마우스에서 간 청소율(hepatic clearance)이 낮고 약동학적 특성이 우수하며 생체 이용률과 뇌 혈장 비율이 높은 것으로 나타났습니다. 또한 11o는 심혈관 위험 및 돌연변이 유발 가능성이 매우 낮았으며 랫드와 개에서 내약성이 우수했습니다. MPTP로 유도한 파킨슨병 마우스 모델에서 실험한 결과, 11o는 약물로 악화된 동물의 행동학적 증상을 개선하는 경향이 확인되었습니다. 또한, 11o는 암컷 랫드에서 용량 의존적으로 할로페리돌로 유발된 카탈렙시(catalepsy)를 역전시켰으며, ED50는 3~10 mg/kg 사이였습니다. 이러한 결과를 종합해 볼 때, 11o는 강력한 이중 A2A/A1 수용체 길항제로서 우수한 대사 및 안전성 프로필을 갖춘 파킨슨병 치료제의 잠재력 있는 약물 후보임이 입증되었습니다.

Part II. 5-(N-Hydroxycarbamimidoyl) Benzofuran 계열 IDO1 저해제 도출 연구

인체의 indoleamine 2,3-dioxygenase 1 (hIDO1)과 tryptophan dioxygenase (hTDO)는 L-트립토판(L-Trp) 대사의 키누레닌 경로(KP)의 속도제한효소(rate-limiting enzyme)이며 면역 종양학에서는 체크포인트 억제제 병용 치료의 핵심 약물 표적이 되고 있습니다. 선택적이고 강력한 IDO1 저해제를 발굴하기 위해 새로운 스캐폴드로서 N-하이드록시벤조퓨란-5-카복시미다마이드(N-hydroxybenzofuran-5-carboximidamide)에 대한 구조-활성 관계(SAR) 연구를 체계적으로 수행하였습니다. 합성된 화합물 중 N-3-브로모페닐(N-3-bromophenyl) 유도체 19는 효소에 대해 0.44 μM, HeLa 세포에서 1.1 μM의 IC50 값으로 가장 강력한 억제력을 보였습니다. IDO1의 X-선 결정 구조로 19를 분자 모델링한 결과 헴 철과의 쌍극자 이온 상호작용, Cys129와의 할로겐 결합 및 두 가지 소수성 상호작용이 19의 높은 효능에 중요한 것으로 나타났습니다.

PART I: Discovery of Novel Dual Adenosine A2A and A1 Receptor Antagonists with 1H-Pyrazolo[3,4-d]pyrimidin-6-amine Core Scaffold as Anti-Parkinsons Disease Agents

New compounds with 1H-pyrazolo [3,4-d]pyrimidin-6-amine core scaffolds were synthesized and characterized in vitro to determine their affinity for human A2A and A1 receptors. Among the tested compounds, a few compounds displayed nanomolar binding affinities for both receptors. One particular compound, 11o, showed high binding activities (hA2A Ki = 13.3 nM; hA1 Ki = 55 nM) and full antagonism (hA2A IC50 = 136 nM; hA1 IC50 = 98.8 nM) toward both receptors. Further tests showed that 11o has low hepatic clearance and good pharmacokinetic properties in mice, along with high bioavailability and a high brain plasma ratio. In addition, 11o was associated with very low cardiovascular risk and mutagenic potential, and was well-tolerated in rats and dogs. When tested in an MPTP-induced mouse model of Parkinsons disease, 11o tended to improve behavior. Moreover, 11o dose-dependently reversed haloperidol-induced catalepsy in female rats, with graded ED50 of between 3 and 10 mg/kg. Taken together, these results suggest that this potent dual A2A/A1 receptor antagonist, 11o, is a good candidate for the treatment of Parkinsons disease with an excellent metabolic and safety profile.

PART II: Discovery of 5-(N-hydroxycarbamimidoyl) benzofuran derivatives as novel indoleamine 2,3-dioxygenase 1 (IDO1) inhibitors

Human indoleamine 2,3-dioxygenase 1 (hIDO1) and tryptophan dioxygenase (hTDO) are rate-limiting enzymes in the kynurenine pathway (KP) of L-tryptophan (L-Trp) metabolism and are becoming key drug targets in the combination therapy of checkpoint inhibitors in immunoncology. To discover a selective and potent IDO1 inhibitor, a structure–activity relationship (SAR) study of N-hydroxybenzofuran-5-carboximidamide as a novel scaffold was investigated in a systematic manner. Among the synthesized compounds, the N-3-bromophenyl derivative 19 showed the most potent inhibition, with an IC50 value of 0.44 μM for the enzyme and 1.1 μM in HeLa cells. The molecular modeling of 19 with the X-ray crystal structure of IDO1 indicated that dipole-ionic interactions with heme iron, halogen bonding with Cys129 and the two hydrophobic interactions were important for the high potency of 19.