Potentielle Modulatoren der Proteinkinasen DYRK1A und DYRK1B - Design und Synthese

Flaßhoff, Maren

doi:10.24355/dbbs.084-202403110844-1

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Potentielle Modulatoren der Proteinkinasen DYRK1A und DYRK1B - Design und Synthese

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Die Proteinkinasen dual-specificity tyrosine-regulated kinase 1A (DYRK1A) und DYRK1B sind in verschiedenen Krebserkrankungen involviert, weshalb sie eine interessante Zielstruktur in der Entwicklung neuer Kinaseinhibitoren darstellen. Obwohl die Entwicklung von DYRK1-Inhibitoren fortschreitet, fehlen noch immer hoch potente und selektive Verbindungen. Neben der dualen DYRK1A/DYRK1B-Aktivität werden häufig andere Mitglieder der CMGC-Familie zusätzlich inhibiert. Im Rahmen dieser Arbeit sollte durch drei unterschiedliche Ansätze möglichst DYRK1B-selektive Modulatoren hergestellt werden: Typ II-Proteinkinase-Inhibitoren, proteolysis-targeting chimeras (PROTACs) und hydrophobic tag degrader (HyTD). Ein zentraler Baustein der unterschiedlichen Verbindungen ist das 2‑substituierte, 7-halogenierte Indol-3-carbonitril-Grundgerüst. Diese Grundstruktur ermöglichst die selektive Einführung eines Linkers an unterschiedlichen Positionen zur Anknüpfung eines Wasserstoffbrücken-Donor-Akzeptor-Paars mit hydrophobem aromatischem Rest (Typ II-Inhibitoren), eines hydrophoben Rests (HyTD) oder eines E3-Ligase-Liganden (PROTAC).

Während der Etablierung einer geeigneten Syntheseroute offenbarten sich mehrere Schwierigkeiten, die vor allem die Linker-Anknüpfung beeinflussten und in Modifikationen des Linkers im Vergleich zu den geplanten Verbindungen resultierten. Das Ziel der Typ II-Inhibitoren war die Unterdrückung der Tyrosin-Autophosphorylierung während der Translation, welches zur Aggregation der DYRK1B führen sollte. In den biologischen Testungen konnte für die potentiellen Typ II-Inhibitoren keine Aktivität festgestellt werden.

Basierend auf docking-Untersuchungen wurden für die potentiellen PROTACs und HyTD drei Linker-Anknüpfungspunkte gewählt: Direkt in 2-Position des Indols, am Indol-Stickstoffatom oder am 2-(3-Methoxyphenyl)-Substituenten. Die potentiellen PROTACs und HyTD mit Anknüpfung an 2-Position des Indols wurden unter Verwendung eines Syntheseautomaten der Synple Chem AG (Kemptthal, Schweiz) synthetisiert. Für die Verbindungen mit einem 2-Aryl-Substituenten wurde eine geeignete Syntheseroute mit 7‑Iod-2-(3-methoxyphenyl)-1H-indol-3-carbonitril als zentrale Zwischenstufe etablierte. Dafür wurden verschiedene Indol-Synthesen ausgetestet, wovon lediglich die Diacetoxyiodbenzol-vermittelte oxidative C,C-Bindungsbildung erfolgreich war. Sämtliche synthetisierten PROTACs und HyTD wurden hinsichtlich einer Hemmung der katalytischen Aktivität und der Reduktion der Proteinkonzentration der DYRK1A und DYRK1B untersucht. Trotz minimaler Aktivität einzelner potentieller HyTD und PROTACs können alle synthetisierten Verbindungen als inaktiv bezeichnet werden. Die in dieser Arbeit etablierten Syntheserouten eröffnen jedoch nun die Möglichkeit, umfangreiche SAR-Studien insbesondere im Hinblick auf chemische Beschaffenheit und Länge der Linker durchzuführen.

The protein kinases dual-specificity tyrosine-regulated kinase 1A (DYRK1A) and DYRK1B are involved in several types of cancer and therefore represent an interesting target for the development of new kinase inhibitors. Although the development of DYRK1 inhibitors is well advanced, highly potent and selective compounds are still lacking. In addition to the mostly dual DYRK1A/DYRK1B activity, other members of the CMGC family are typical off-targets. To address this challenging selectivity problem, three different principles to achieve DYRK1B selectivity were investigated: type II protein kinase inhibitors, proteolysis-targeting chimeras (PROTACs) and hydrophobic tag degraders (HyTD). The 2-substiuted, 7-halogenated indole-3-carbonitrile represents a central building block. This scaffold allows the selective introduction of linkers at different positions for the attachment of a hydrogen bond donor acceptor pair with hydrophobic aromatic residues (type II inhitors), hydrophobic tags (HyTD) or E3 ligase ligands (PROTACs).

Several difficulties were encountered in establishing suitable synthetic routes, particularly in relation to linker attachment, which has resulted in linker modification compared to the planned type II protein kinase inhibitors. The aim of the type II inhibitors was to suppress tyrosine autophosphorylation during translation which should lead to the aggregation of DYRK1B. No activity was observed for the potential type II inhibitors in the biological assays.

Based on docking studies, three different linker attachment points were selected for the potential PROTACs and HyTD: direct in 2-position, at the indole nitrogen or at the 2‑(3‑methoxyphenyl)-substituent. The potential PROTACs and HyTD attached to the 2‑position of the indole were prepared using a automated synthesis device at Synple Chem AG (Kemptthal, Switzerland). A suitable synthesis route was established using 7-iodo-2-(3-methoxyphenyl)-1H-indole-3-carbonitrile as the central intermediate for the 2-aryl substituted compounds. Various indole syntheses were tested, of which only the diacetoxyiodobenzene mediated oxidative C,C-bond formation to form the indole scaffold was successful. All synthesised PROTACs and HyTD were evaluated for their inhibitory activity and their potential to reduce the protein concentration of DYRK1A and DYRK1B. Apart from minimal activity of some HyTD and PROTACs, the final compounds can be classified as inactive. However, the synthesis routes now established open up the possibility of carrying out extensive SAR studies, particularly with regard to the chemical nature and length of the linkers.