For past a few years, we had focused on the studies for two enzymes among enzymes containing $Zn^{2+}$, FTase and TACE. FTase catalyzes the transfer of farnesyl unit from FPP to the thiol group in cysteine residue of C-terminus in Ras protein. It was believed that inhibiting the farnesylation of Ras protein would be the therapeutic target for various forms of cancer. With this point of view, we have carried out the studies on FTase inhibitor through syntheses of various compounds, then the evaluation of their biological activity. At this time, computer modeling played a crucial role in elucidating SAR (structure activity relationship) of inhibitors. With these efforts for the studies on the FTase inhibitors, we finally opened the untapped novel way to develop a potent FTase inhibitor.
Rheumatoid Arthritis (RA) is a chronic inflammatory autoimmune disease affecting 0.5-1 % of population worldwide. One of attracting targets for RA is tumor necrosis factor alpha (TNF-α), an important cytokine in RA pathological progress $^{49}$. TNF-α converting enzyme (TACE) catalyzes the manifestation of mature TNF-α and so it is being supposed that TACE inhibitors would be a successful therapy for RA. Gelastatins, isolated from the culture broth of Westerdykella multispora, showed potent inhibitory activity against TACE. However, they showed activities for other metalloproteinases as well as TACE. To overcome the absence of selectivity, we designed and synthesized various TACE’s analogues and evaluated their biological activities and also found a good scaffold for TACE inhibitor through the modification of pyrone, core structure in Gelastatin.
FTase inhibitor
우리는 지금까지 억제제의 저해활성과 구조사이의 관계를 확인 하기 위해서 FTase 의 활성자리에 관한 연구를 진행해 왔었다. 합성된 억제제가 나노몰 이하의 $IC_{50}$ 의 값을 나타내진 못했지만 진정한 의미의 쌍기질 억제제를 합성하는 새로운장을 열었다는 점에서 우리의 노력은 성공적이었다. 이 시점에서 컴퓨터 모델링은 가상 스크리닝과 쌍복합체와 3진복합체 사이의 전체 에너지 계산등을 통하여 저해 활성과 억제제의 구조에 관한 데이터 분석에 큰 도움을 주었다. 우리는 이런 여러가지 도구와 분석된 자료등을 이용하여 기존에 보고된 FTase 억제제보다 좋은 저해 효과를 갖는 억제제를 합성하기 위해 연구중이다.
Total synthesis of gelastatins
젤라스타틴과 유도체인 젤라스타틴 하이드록사믹 엑시드 55는 멜드럼스 엑시드로부터 총 9단계를 거쳐서 합성되었다. 하이드록사믹 엑시드 유도체는 TACE 뿐 아니라 다른 기질단백분해 효소에도 강한 저해 활성을 보였기 때문에 TACE에 선택적인 화합물은 아니다. 그러나 쥐에서 체취된 종양괴사인자 알파 모델에 관해 세포 활성 측정시 좋은 저해 활성을 보였다. 화합물 55 와 TACE의 결합 모드는 호몰로지 모델을 사용하여 평가되었다. 종양괴사인자 알파의 형성을 저해하는 근본적인 원인은 전사레벨이 아니라 종양괴사인자 알파의 프로세싱으로부터 기인 한다는 것이 RT-PCR과 western blotting 으로부터 밝혀졌다. 마지막으로 알파 쎄크리테이즈와 TACE 사이의 가능한 관계는 IMR32와 SH-SY5Y 세포로부터 평가되었다. 유도체 55는 조절 알파 세크리테이즈에 관해 적당한 저해 활성을 보였고 TACE 억제제 개발을 위해 좀더 많은 연구가 필요하다는 것을 알았다. 천연물인 젤라스타틴과 그 유도체들에 관한 합성연구와 효소 및 세포상에서 저해 활성 연구 그리고 도킹 연구등은 TACE 억제제에 관한 연구에 유용한 툴이 될것이다.
TACE inhibitors
젤라스타틴은 TACE에 관해 큰 저해활성을 보였지만 다른 금속단백분해효소에 관한 낮은 선택성과 열역학적인 불안정성을 보였다. 이런 단점을 보안하기 위해 다양한 화합물이 합성되었으며 생화학적인 활성이 평가되었다. 우선 우리의 연구촛점은 선택성에 집중되었고 파이런 코어 구조와 아민 테더의 융합을 통해 얻어진 화합물로부터 선택성을 확보 할 수 있었다. 이러한 큰 선택성과는 대조적으로 합성된 화합물은 여전히 열역학적으로 불안정한 성질을 보였다. 이런 문제를 해결하기 위해 쿠마린의 코어 구조를 포함하는 여러 유도체들을 합성하였고 저해 활성을 테스트 하였다. 결과적으로 이런 화합물의 TACE에 관한 선택성은 매우 높았으며 저해 활성도 비교적 강한 결과를 보였다. 쿠마린의 코어 구조를 갖는 화합물은 TACE에 관해 처음으로 저해 활성을 테스트 했던 것이 었으므로 우리는 파마코포어 모델을 구성할 필요가 있었다. 따라서 코어 구조의 변형과 다양한 소수성기를 쿠마린의 다양한 위치에 도입한 후 그 저해 활성을 측정하여 파마코포어 모델을 구성하였고 마침내 쿠마린은 TACE 억제제로 사용되기 위해 좋은 골격임을 밝혔고 또한 이와 유사한 구조인 벤조 옥사진 골격또한 쿠마린의 좋은 대안임을 밝혔다.
