Biopolym. Cell. 2021; 37(1):62-72.
Биоорганическая химия
Определение активности in vitro и анализ соотношения структура-активность новых гетероциклических производных 5-амино-3-арил-1H-индазола в качестве ингибиторов протеинкиназы CK2
1Протопопов М. В., 1Вдовин В. С., 1Лукашов С. С., 1Остринская О. В., 1, 2Борисенко И. П., 1Боровиков О. В., 1Старосила С. А., 3Белоконь Я. В., 1Кухаренко А. П., 1Бджола В. Г., 1Ярмолюк С. Н.
  1. Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины
    ул. Академика Заболотного, 150, Киев, Украина, 03143
  2. Фирма “Otava”
    ул. Академика Заболотного, 150, Киев, Украина, 03143
  3. OTAVA Ltd
    400 Applewood Crescent, блок 100, Vaughan, Онтарио, Канада L4K 0C3

Abstract

Цель. Поиск новых ингибиторов протеинкиназы CK2 среди 5-гетариламино-1H-индазолов. Методы. Биохимическое тестирование проводили in vitro при помощи радиоактивно меченого γ-32P АТФ. Для молекулярного докинга применяли программный пакет Autodock 4.2, рескоринг результатов докинга проводили с использованием фукции скоринга DrugScore. Результаты. Среди 17-ти исследованных производных 5-амино-3-арилиндазола было обнаружено 11 ингибиторов протеинкиназы CK2 с IC50 в наномолярном диапазоне. У наиболее активного соединения IC50 = 2 нM. Исследование соотношения структура-активность и дополнительный молекулярный докинг этих соединений позволил выбрать перспективные модификации для получения новых соединений с лучшими физико-химическими характеристиками. Выводы. В результате проведённой работы было получено 11 новых наномолярных ингибиторов протеинкиназы CK2. Опираясь на результаты молекулярного докинга была предложена модель связывания этих молекул с АТФ-связывающим сайтом кинази. На основе анализа физико-химических характеристик и соотношения структура-активность для заместителей индазольного ядра исследованных соединений были предложены структуры 6-ти новых производных для дальнейшей разработки ингибиторов протеинкиназы CK2. Вцелом 5-гетариламино-1H-индазолы оказались удачной основой для синтеза новых ингибиторов протеинкиназы CK2.
Keywords: ингибитор протеинкиназы CK2, тестирование киназной активности in vitro, молекулярний докинг, индазол, пиразоло[3,4-d]пиримидин

References

[1] Burnett G, Kennedy EP. The enzymatic phosphorylation of proteins. J Biol Chem. 1954;211(2):969-80.
[2] Qiao Y, Chen T, Yang H, Chen Y, Lin H, Qu W, Feng F, Liu W, Guo Q, Liu Z, Sun H. Small molecule modulators targeting protein kinase CK1 and CK2. Eur J Med Chem. 2019;181:111581.
[3] Poole A, Poore T, Bandhakavi S, McCann RO, Hanna DE, Glover CV. A global view of CK2 function and regulation. Mol Cell Biochem. 2005;274(1-2):163-70.
[4] Niefind K, Pütter M, Guerra B, Issinger OG, Schomburg D. GTP plus water mimic ATP in the active site of protein kinase CK2. Nat Struct Biol. 1999;6(12):1100-3.
[5] Bian Y, Ye M, Wang C, Cheng K, Song C, Dong M, Pan Y, Qin H, Zou H. Global screening of CK2 kinase substrates by an integrated phosphoproteomics workflow. Sci Rep. 2013;3:3460.
[6] Meggio F, Pinna LA. One-thousand-and-one substrates of protein kinase CK2? FASEB J. 2003;17(3):349-68.
[7] Hanks SK, Hunter T. Protein kinases 6. The eukaryotic protein kinase superfamily: kinase (catalytic) domain structure and classification. FASEB J. 1995;9(8):576-96.
[8] Wilson LK, Dhillon N, Thorner J, Martin GS. Casein kinase II catalyzes tyrosine phosphorylation of the yeast nucleolar immunophilin Fpr3. J Biol Chem. 1997;272(20):12961-7.
[9] Faust M, Montenarh M. Subcellular localization of protein kinase CK2. A key to its function? Cell Tissue Res. 2000;301(3):329-40.
[10] Protopopov MV, Vdovin VS, Lukashov SS, Ostrynska OV, Borysenko IP, Borovykov OV, Starosyla SA, Bilokin YV, Kukharenko OP, Bdzhola VG, Yarmoluk SM. The synthesis of 5-hetarylamino-3-aryl-1H-indazoles as inhibitors of protein kinase CK2. Biopolym Cell. 2020; 36(6):466–76.
[11] Morris GM, Huey R, Lindstrom W, Sanner MF, Belew RK, Goodsell DS, Olson AJ. AutoDock4 and AutoDockTools4: Automated docking with selective receptor flexibility. J Comput Chem. 2009;30(16):2785-91.
[12] Ferguson AD, Sheth PR, Basso AD, Paliwal S, Gray K, Fischmann TO, Le HV. Structural basis of CX-4945 binding to human protein kinase CK2. FEBS Lett. 2011;585(1):104-10.
[13] Guerra B, Bischoff N, Bdzhola VG, Yarmoluk SM, Issinger OG, Golub AG, Niefind K. A Note of Caution on the Role of Halogen Bonds for Protein Kinase/Inhibitor Recognition Suggested by High- And Low-Salt CK2α Complex Structures. ACS Chem Biol. 2015;10(7):1654-60.
[14] Pedretti A, Villa L, Vistoli G. VEGA--an open platform to develop chemo-bio-informatics applications, using plug-in architecture and script programming. J Comput Aided Mol Des. 2004;18(3):167-73.
[15] Hastie CJ, McLauchlan HJ, Cohen P. Assay of protein kinases using radiolabeled ATP: a protocol. Nat Protoc. 2006;1(2):968-71.
[16] Lukashov SS, Kukharenko OP, Bdzhola VG, Yarmoluk SM. Synthesis of 5-amino-3-arylindazole derivatives and study of their in vitro activity towards Ser/Thr and Tyr protein kinases. V International Conference «Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles», Kharkiv. 2009:O.21.
[17] Johnson TW, Gallego RA, Edwards MP. Lipophilic Efficiency as an Important Metric in Drug Design. J Med Chem. 2018;61(15):6401-6420.
[18] Shultz MD. Setting expectations in molecular optimizations: Strengths and limitations of commonly used composite parameters. Bioorg Med Chem Lett. 2013;23(21):5980-91.
[19] Roskoski R Jr. Properties of FDA-approved small molecule protein kinase inhibitors. Pharmacol Res. 2019;144:19-50.
[20] Neudert G, Klebe G. DSX: a knowledge-based scoring function for the assessment of protein-ligand complexes. J Chem Inf Model. 2011;51(10):2731-45.