Dokument

Zusammenfassung:
Im Rahmen dieser Arbeit wurden auf Grundlage unterschiedlicher Vorarbeiten in drei Projekten neue Verbindungen zur Hemmung der PIM1-Kinase synthetisiert und untersucht. Die Betrachtung der Bindungsmodi vielversprechender Kandidaten anhand von Proteinkristallstrukturen erlaubte die gerichtete Weiterentwicklung der entsprechenden Moleküle unter Anwendung von Methoden des rationalen Wirkstoffdesigns. Das Ziel war die Identifizierung neuartiger Bindemotive, um diese für die hit-to-lead-Optimierung zugänglich zu machen und damit Ansatzpunkte für die Entwicklung klinisch nutzbarer PIM1-Inhibitoren zu liefern. Im ersten Projekt sollten Strukturvorschläge aus einem virtual screening-Ansatz synthetisiert werden, für welche trotz intensiver Studien bisher noch keine Syntheseroute etabliert werden konnte. Nach einer erneuten retrosynthetischen Analyse wurde eine Abwandlung der Schlüsselreaktion vorgenommen, sodass schließlich zwei der Strukturvorschläge dargestellt werden konnten. Davon wies Verbindung 2.26 zwar eine mäßige Aktivität (IC50 = 228 µM) gegen das Zielenzym auf, zeigte jedoch gleichzeitig einen sehr gut definierten Bindungsmodus in der Kristallstruktur und wurde daher für die anschließende Optimierung ausgewählt. In der Folge wurden unter Berücksichtigung der beobachteten Bindeposition Vorschläge für eine Verbesserung der Struktur erarbeitet und umgesetzt. Dabei flossen sowohl komparative Analysen bereits publizierter Inhibitoren mit ein, als auch Überlegungen im Rahmen strukturbasierten Wirkstoff¬designs. Es konnte bisher noch keine substanzielle Erhöhung der Affinität erreicht werden, jedoch wurden neue Erkenntnisse über die Bindungseigenschaften des Strukturmotivs gewonnen, welche die zukünftige Entwicklung hochaffiner Derivate unterstützen. Als Startpunkt des zweiten Projektes wurde die Proteinkristallstruktur des Quinoxalin-Fragmentes 3.2 gewählt. Durch einen Kooperationspartner wurde ausgehend von diesem Fragment mit in silico-Methoden eine Reihe von Derivaten generiert und in das Zielenzym gedockt. Nach einer Bewertung der Bindungs¬modi wurden vielversprechende Exemplare synthetisiert und ihre biologische Aktivität getestet. Diese Verbindungen wiesen jedoch keine nennenswerte Aktivität gegen die PIM1-Kinase auf, was Zweifel an der Validität der ursprünglichen Fragment-Kristallstruktur aufwarf. Die erneute röntgenkristallographische Untersuchung des Fragmentes ergab einen zweiten Bindungsmodus, welcher für die Generierung und Bewertung der docking-Ergebnisse nicht berücksichtigt worden war. Um die vermutete Beeinträchtigung der docking-Hypothesen durch den inkonsistenten Bindungs-modus des Fragmentes zu umgehen, wurde stattdessen eine systematische Weiterentwicklung im Rahmen ein SAR angestrebt. Dabei konnte Verbindung 3.37 mit einem IC50-Wert von 89 µM als viel-versprechender Ausgangspunkt für die weitere Optimierung identifiziert werden. Im dritten Projekt wurden Fragment-basierte Strukturvorschläge aus einem virtual screening auf ihre synthetische Umsetzbarkeit hin untersucht und eine Reihe von Zielverbindungen und entsprechender Analoga synthetisiert. Dabei wurde Verbindung 4.70 mit einem IC50-Wert von 26.4 µM als geeigneter Startpunkt für die weitere Optimierung identifiziert. Auf Grundlage der Kristallstruktur von 4.70 im Komplex mit PIM1 wurden verschiedene Strukturklassen abgeleitet, welche die relevanten Strukturmerkmale mit einer einfacheren synthetischen Darstellbarkeit kombinieren sollten. Dazu gehörten die Stilbene (4.77) und Indolin-2-on 4.131. Bei den Stilbenen wurde abhängig vom Substitutionsmuster ein IC50-Wert zwischen 1.60 µM und 4.32 µM erreicht. Zudem konnten für cis- und trans-Isomer anhand von Proteinkristall¬strukturen unterschiedliche Bindungsmodi festgestellt werden. Zum Zwecke einer weiteren Vereinfachung der Synthese wurde aus dieser Substanzklasse das Cyanostilben 4.95 abgeleitet, welches einen IC50-Wert von 1.72 µM aufwies. Diese Verbindungsklasse stellt aufgrund ihrer einfachen Synthetisierbarkeit einen exzellenten Ausgangspunkt dar, um durch eine SAR oder computergestützte Modifizierung eine Optimierung der bereits erreichten Aktivität anzustreben. Ferner wurde ausgehend von der Bestrebung, die cis-Stilbene in ihrer Konformation zu stabilisieren, das substituierte Triazol 4.114 entwickelt, welches mit einem IC50-Wert von 4.49 µM ebenfalls einen vielversprechenden Ausgangs-punkt für die weitere Entwicklung von Inhibitoren darstellt. Im Falle der Indolin-2-one zeigte Verbindung 4.131 mit einem IC50-Wert von 0.60 µM die stärkste Affinität aller in dieser Arbeit untersuchten Verbindungen. Mithilfe einer SAR konnte die Bedeutung einzelner Strukturmerkmale für die Affinität ermittelt werden, im Zuge dessen wurden zudem Positionen für die gerichtete Weiterentwicklung identifiziert. Anhand der Kristallstruktur eines Analogons konnte ferner der Bindungsmodus dieser Substanzklasse bestimmt werden, sodass nunmehr auch eine computergestützte Optimierung mit den Methoden des Struktur-basierten Wirkstoffdesigns möglich ist. Insgesamt konnten damit im Rahmen dieser Arbeit eine Reihe von hits mit Aktivität gegen die PIM1-Kinase im einstellig mikromolaren Bereich identifiziert werden. Durch die Entwicklung von zuverlässigen Syntheserouten verbunden mit der systematischen Analyse der relevanten Strukturmotive wurde zudem die Grundlage für nachfolgende Bestrebungen gelegt, diese Verbindungen zu hochaffinen Inhibitoren zu optimieren.

Das Dokument ist im Internet frei zugänglich - Hinweise zu den Nutzungsrechten