Новые сложности и перспективы эры тирозинкиназных ингибиторов
Дж. Жан Цуй
Абстракт
*Красным цветом отмечен фрагмент связывающий петлю (шарнирный элемент) киназы
Оба дазатиниб нилотиниб занимают место рядом Привратник регион, который мешаетпредпочтительным активным конформации мутанта ABL T315I приводит к значительно меньше активности против привратника мутанта. Будущее развитие из нового поколения ингибиторов ABL ориентации активный конформации может обеспечить более широкий выбор для больных ХМЛ после рецидив из существующих Tki лечения.
Успех иматиниба, а также ингибиторов ABL тирозинкиназы второго и третьего поколения прокладывает дорогу к разработке новых целевых ингибиторов ABL киназы и эффективного управления резистентностью ИТК. Кризотиниб (PF-02341066), рецепторный тирозинкиназный препарат таргетинга MET/ALK/ROS1 был предоставлен для быстрого утверждения в 2011 году для поздней стадии лечения пациенты НМРЛ, которые эксприссируют ненормальный EML4+ALK слитый ген.
Как и в случае иматиниба, пациенты, использующие кризотиниб неизменно сталкиваются с развитием резистентности после периода лечения. Механизмы резистентности включают ALK амплификации гена, вторичные ALK мутации в том числе гейткипперные мутанты EML4 – ALK (L1196M) и аномальные активации других киназ, включая с-KIT и EGFR [4]. Новое поколение ингибиторов ALK было разработано и демонстрирует отличную клиническую эффективность как для кризотиниба (простых) и резистентных ALK + больных НМРЛ.
передние бегунов LDK378 и alectinib (Диаграмма 2), соединения с более мощным торможения и более широкой деятельности против обоих дикие и мутантные белки ALK , получил FDA прорыв
designation in 2013, just two years after crizotinib s FDA fast-track approval. Crizotinib , LDK378 и alectinib представляют три различных класса ингибиторов ALK и имеют значительно
различные взаимодействия с ALK белка в регионе привратника , что приводит к различной чувствительностью к привратника мутанта L1196M . LDK378 является 3 -6 раз более мощным, чем Crizotinib в антипролиферативных анализов клеток , соответствующих ставке отклика около 60% и средней выживаемости без прогрессирования 8,3 месяцев в ALK -положительных пациентов, которые рецидивом на crizotinib.5 Интересно , как иматиниб и Crizotinib , ингибиторы as first поколения киназы , имеют относительно слабые клеточную активность ( > 100 нм) . Более мощные ингибиторы второго поколения почти так же эффективно, как первого поколения с относительно скорости отклика и продолжительности реакции в огнеупорных пациентов. Последовательная обработка после слабого ингибитора киназы с более мощным и широким спектром ингибитор киназы второго поколения может значительно улучшить продолжительность жизни пациента.
Развитие следующего поколения ингибиторов EGFR для гефитинибом или больных НМРЛ эрлотиниба - огнеупорный иллюстрирует важность захвата болезни приводом киназы конформацию. Четыре утвержденных ингибитора EGFR ( Диаграмма 3 ) одни и те же режим привязки, стабилизации EGFR в неактивной конформации. Хотя afatinib обеспечивает гораздо более мощным ингибирование против EGFR через ковалентных связывание в АТФ-связывающим сайтом ,лекарственной устойчивостью Т790М мутант предпочитает активную конформацию . Таким образом, Т790М мутант EGFR находится в неправильном конформации для afatinib связывать эффективно сначала разрешить взаимодействие ковалентную произойти. Новое поколение необратимого EGFR ингибиторы AZD - 9291 и СО- 1686 ( Диаграмма 3 ) использует пиримидинового эшафот , устраняя структурные элементы , близкие к привратника , а также увеличение взаимодействия с G- петли. Оба AZD - 9291 и СО - 1686 продемонстрировали многообещающие клинические эффективностями в EGFR ИТК - стойкого популяции пациентов в фазе I клинических исследований . Обратимые ингибиторы EGFR , ориентированные на активное конформацию EGFR T790M мутанта , безусловно, разнообразить коллекцию ингибиторов EGFR , чтобы принести пользу огнеупорных пациентов из EGFR Tki лечения.
В последние 20 лет, протеинкиназы постепенно становятся ключевыми лекарственными средствами в борьбе с раком, и более 50% текущих программ развития противораковых лекарственных средств ориентированы на протеинкиназные ингибиторы [6]. Многие виды рака, вероятно, в значительной степени зависят от конкретной активации одной или нескольких ТК. Проектирование ИТК, направленных мутантный TKS , как ожидается, избирательно воздействовать опухолевые клетки и приведет к улучшению профилями безопасности для пациентов . Внутриопухолевой гетерогенность рака и адаптации опухолей к наркотикам останется проблемы в развитии таргетной терапии , а также в клиническом лечении поздних стадий рака . Сочетание различных ИТК или ИТК с другими терапевтическими агентами должно привести к мощной противораковой эффекты. Как молекулярные механизмы устойчивости начинают быть выяснены, новые стратегии по преодолению или предотвращению развитие резистентности начинают появляться . киназы - направлены лекарственная устойчивость требует стратегии создания
несколько ингибиторов , которые нацелены на различные топографию киназы активный центр . Это был эффективная стратегия используется в протеазы дизайна для управления ретровирусной инфекции и может быть дальнейший путь для преобразования рак в хроническое заболевание. Протеинкиназы играют важную роль не только при раке , но
и во многих других заболеваний. Опрос на Lahiry соавт. Найдено 50 киназы, которые лежат в основе 67 различных одно- генные клинические лиц , и примерно половина из этих ассоциированных с заболеваниями киназ были TKs.7 Мутации в членов семейства генов киназы лежат в основе широкий спектр фенотипов заболевания , в том числе неврологических расстройства , скелетные и краниосиностозов расстройства , гематологические и сосудистые нарушения , иммунологические нарушения , эндокринные и метаболические нарушения и полиорганной расстройства. Утверждение
tofacitinib , первый ИТК для лечения в воспалительных заболевания , распространяется ИТК на малые молекулы для указания вне онкологии . Хотя есть 30 KIS , входящие в
рынок и несколько сотен KIS на различных стадиях клинических развитие , охват киназы целей и структурная Разнообразие KIS ограничены. Глубокое понимание белка киназы функции и их регуляции в человеческих болезней может привести к выявлению новых киназы целей для неудовлетворенная лекарственные потребности. Анализ текущих ингибиторов киназы указывают что структурное разнообразие , киназы селективность и токсичность профили остаются в совершенствовании. Расширение ИТК в не-oncology fields и комбинированные стратегии лечения рака потребует разработки высококачественных ИТК . Это, конечно, требуют дальнейшего структурной биологии и медицинской химии усилия для обнаружения очень мощные, селективные и безопасные ИТК
Дж. Жан Цуй
Абстракт
В работе
Протеинкиназы являются ключевыми регуляторами, которые регулируют сложные клеточные процессы. Нарушение регуляции киназного сигналинга связано со многими человеческими заболеваниями, в частности рака и развития и нарушения обмена веществ. Ингибиторы тирозинкиназы (ИТК) добились больших успехов в области молекулярной таргетной терапии рака и теперь расширяется в другие терапевтические области. Наступление лекарственной устойчивости к длительному лечению ИТК приносит новые проблемы в развитии ИТК лекарств. Глубокое понимание патологии заболевания, связанного с ТК и механизмами лекарственной устойчивости будет генерировать новые волны для поиска избирательных, мощных и безопасных ИТК.
Протеинкиназы являются ключевыми регуляторами, которые регулируют комплексные клеточные процессы, в том числе и процессы роста клеток, дифференциации, пролиферации и апоптоза. Есть более чем 518 отличается киназ, кодируемых ~ 2 % всех генов человека, и среди них 90 белковых тирозинкиназ [1]. С первого открытия модификации онкогенного вируса саркомы Рауса (V-SRC) в качестве протеинкиназы в 1978 году, нарушение регуляции киназного сигналинга было признано лежащим в основе многих заболеваний человека, в частности, рака и развития и нарушения обмена веществ, что привело к поиску эффективных и селективных ингибиторов протеинкиназ для терапевтического вмешательства.
Идентификация причинного генетического изменения BCL-ABL в хроническом миелолейкоз (ХМЛ) привело в 2001 году к прорыву в медицинское приминение иматиниба, тирозинкиназного ингибитора ABL для лечения CML. Ориентация онкогенных мутации драйвера было доказанной терапевтической стратегией для контроля роста и болезни опухолевой прогрессия. Ряд ингибиторов различных тирозинкиназ достигли клинического успех, в том числе гефитинибом (2003), эрлотиниб (2004), икотиниб (2011), и афатиниб (2013), ориентированные активационные мутантные EGFRs для немелкоклеточного рак легкого (НМРЛ); сорафениб (2005), сунитиниб (2006), пазопаниб (2009), и акситиниб (2012 ), ориентированные на VEGFRs для почечно-клеточной карциномы; лапатиниб (2007), ориентированная EGFR и ERBB2 для рака молочной железы; кризотиниб (2011), ориентированный на ALK, а точнее на конечную стадию рака легкого ; руксолитиниб (2011), ориентированный JAK1/ 2 для миелофиброза; вандетаниб (2011) и икабозатиниб (2012), ориентированные на RET метастатический рак мозга и щитовидной железы; тофацитиниб (2013) ориентации JAK1/ 3 для лечения ревматоидного артрита; и ибрутиниб (2013) ориентации БТК для мантийной клеточной лимфомы.
Хотя общая частота ответа этих целевой терапии впечатляет, долговечность ответа ограничивается появляющейся лекарственной устойчивости. Клиническая реализация ракового генномного секвенирования привело к лучшему пониманию генетической основы приобретенной лекарственной устойчивости. Механизм лекарственной устойчивости может быть либо внутренним (измененный оригинал цели) или внешним (компенсационный сигнализация через другие пути и фармакокинетические факторы, которые, прежде всего, уменьшить концентрацию лекарственного средства в целевых клетках). Общие внутренние механизмы резистентности отменяют эффективность киназного ингибиторного препарата включают таргетную генную амплификацию, избыточная экспрессию или эпигенетическую активацию, а также развитие вторичной миссенсовой мутации [2]. Селективное давление с помощью лекарственного лечение вызывает клональное расширение подмножеств раковых клеток с различными геномных изменениями, которые придают резистентность [3]. Лекарственно-устойчивые точечные мутации часто возникают в белковых регионов, участвующих либо в лекарственных взаимодействиях или в переходах между активным и неактивные киназы. Эти мутации обычно избирательно ослабляют аффинность связывания лекарственного средства, но не АТФ подложке с целевой киназы.
Поэтому лекарственно-резистентные мутации в различных киназах обычно имеют общие "горячие точки" для консервативных механизмов резистентности [2]. Мутанты входа являются наиболее частыми клиническими лекарственно-устойчивыми мутантами. Примеры включают ABL T315i в ХМЛ, PDGFR T674I/M в гиперэозинофильном синдроме , EGFR Т790М в немелкоклеточном раке легких, KIT T670I в желудочно-кишечных стромальных опухолях, и ALK L1196M в НМРЛ. Мутации входа в основном стабилизируют активную конформацию что приводит к увеличению АТФ связывания FFI NITY каталитической активности, и превращая потенциал между активным и неактивным конформации. Для преодоления резистентных мутантов входа, дополнительные взаимодействия с неактивными киназами должны быть введены для компенсации возросшей трансформационной энергии, необходимой при переходе от активной конформации в неактивную конформацию, если ингибитор предназначены для решения неактивную конформацию. Это может привести к увеличению молекулярного веса, повешению липофильности и потере drug-like-свойств. Новым химическим соединениям, нацеленным на мутантные активные конформации следует добиваться того чтобы достигнуть более эффективного ингибирования мутантных активных киназ.
Хотя общая частота ответа этих целевой терапии впечатляет, долговечность ответа ограничивается появляющейся лекарственной устойчивости. Клиническая реализация ракового генномного секвенирования привело к лучшему пониманию генетической основы приобретенной лекарственной устойчивости. Механизм лекарственной устойчивости может быть либо внутренним (измененный оригинал цели) или внешним (компенсационный сигнализация через другие пути и фармакокинетические факторы, которые, прежде всего, уменьшить концентрацию лекарственного средства в целевых клетках). Общие внутренние механизмы резистентности отменяют эффективность киназного ингибиторного препарата включают таргетную генную амплификацию, избыточная экспрессию или эпигенетическую активацию, а также развитие вторичной миссенсовой мутации [2]. Селективное давление с помощью лекарственного лечение вызывает клональное расширение подмножеств раковых клеток с различными геномных изменениями, которые придают резистентность [3]. Лекарственно-устойчивые точечные мутации часто возникают в белковых регионов, участвующих либо в лекарственных взаимодействиях или в переходах между активным и неактивные киназы. Эти мутации обычно избирательно ослабляют аффинность связывания лекарственного средства, но не АТФ подложке с целевой киназы.
Поэтому лекарственно-резистентные мутации в различных киназах обычно имеют общие "горячие точки" для консервативных механизмов резистентности [2]. Мутанты входа являются наиболее частыми клиническими лекарственно-устойчивыми мутантами. Примеры включают ABL T315i в ХМЛ, PDGFR T674I/M в гиперэозинофильном синдроме , EGFR Т790М в немелкоклеточном раке легких, KIT T670I в желудочно-кишечных стромальных опухолях, и ALK L1196M в НМРЛ. Мутации входа в основном стабилизируют активную конформацию что приводит к увеличению АТФ связывания FFI NITY каталитической активности, и превращая потенциал между активным и неактивным конформации. Для преодоления резистентных мутантов входа, дополнительные взаимодействия с неактивными киназами должны быть введены для компенсации возросшей трансформационной энергии, необходимой при переходе от активной конформации в неактивную конформацию, если ингибитор предназначены для решения неактивную конформацию. Это может привести к увеличению молекулярного веса, повешению липофильности и потере drug-like-свойств. Новым химическим соединениям, нацеленным на мутантные активные конформации следует добиваться того чтобы достигнуть более эффективного ингибирования мутантных активных киназ.
Ряд более мощных ингибиторов ABL киназы с широким спектром активности по отношению к дикому типу и к мутантным ABL киназам были разработаны и достигли клинического успеха в лечении первичных и рефракторных больных ХМЛ, в том числе дазатиниб (2006), нилотиниб (2007), бозутиниб (2012), и понатиниб (2012) (Рисунок 1). Иматиниб, нилотиниб и понатиниб стабилизации ABL киназы в DFG -аут неактивной конформации. Нилотиниб использует дополнительную трифторметильную группу чтобы улучшить потенциал против диких и мутантных ABL киназЮ кроме ABL T315I мутанта. Понатиниб использует ацетиленовую группу, заменяющую пиримидиниламино линкер, что приводит к хорошему взаимодействию с мутантом гидрофобного остаток I315 (рис. 1) и является единственным ABL ингибитором активным в отношении фрагмента мутантного T315I он вызывает СИГВВП фантастические ственно высокой сердечно-сосудистой события .
Рисунок 1. Ингибиторы тирозинкиназы АBL* *Красным цветом отмечен фрагмент связывающий петлю (шарнирный элемент) киназы
Оба дазатиниб нилотиниб занимают место рядом Привратник регион, который мешаетпредпочтительным активным конформации мутанта ABL T315I приводит к значительно меньше активности против привратника мутанта. Будущее развитие из нового поколения ингибиторов ABL ориентации активный конформации может обеспечить более широкий выбор для больных ХМЛ после рецидив из существующих Tki лечения.
Успех иматиниба, а также ингибиторов ABL тирозинкиназы второго и третьего поколения прокладывает дорогу к разработке новых целевых ингибиторов ABL киназы и эффективного управления резистентностью ИТК. Кризотиниб (PF-02341066), рецепторный тирозинкиназный препарат таргетинга MET/ALK/ROS1 был предоставлен для быстрого утверждения в 2011 году для поздней стадии лечения пациенты НМРЛ, которые эксприссируют ненормальный EML4+ALK слитый ген.
Как и в случае иматиниба, пациенты, использующие кризотиниб неизменно сталкиваются с развитием резистентности после периода лечения. Механизмы резистентности включают ALK амплификации гена, вторичные ALK мутации в том числе гейткипперные мутанты EML4 – ALK (L1196M) и аномальные активации других киназ, включая с-KIT и EGFR [4]. Новое поколение ингибиторов ALK было разработано и демонстрирует отличную клиническую эффективность как для кризотиниба (простых) и резистентных ALK + больных НМРЛ.
передние бегунов LDK378 и alectinib (Диаграмма 2), соединения с более мощным торможения и более широкой деятельности против обоих дикие и мутантные белки ALK , получил FDA прорыв
designation in 2013, just two years after crizotinib s FDA fast-track approval. Crizotinib , LDK378 и alectinib представляют три различных класса ингибиторов ALK и имеют значительно
различные взаимодействия с ALK белка в регионе привратника , что приводит к различной чувствительностью к привратника мутанта L1196M . LDK378 является 3 -6 раз более мощным, чем Crizotinib в антипролиферативных анализов клеток , соответствующих ставке отклика около 60% и средней выживаемости без прогрессирования 8,3 месяцев в ALK -положительных пациентов, которые рецидивом на crizotinib.5 Интересно , как иматиниб и Crizotinib , ингибиторы as first поколения киназы , имеют относительно слабые клеточную активность ( > 100 нм) . Более мощные ингибиторы второго поколения почти так же эффективно, как первого поколения с относительно скорости отклика и продолжительности реакции в огнеупорных пациентов. Последовательная обработка после слабого ингибитора киназы с более мощным и широким спектром ингибитор киназы второго поколения может значительно улучшить продолжительность жизни пациента.
Развитие следующего поколения ингибиторов EGFR для гефитинибом или больных НМРЛ эрлотиниба - огнеупорный иллюстрирует важность захвата болезни приводом киназы конформацию. Четыре утвержденных ингибитора EGFR ( Диаграмма 3 ) одни и те же режим привязки, стабилизации EGFR в неактивной конформации. Хотя afatinib обеспечивает гораздо более мощным ингибирование против EGFR через ковалентных связывание в АТФ-связывающим сайтом ,лекарственной устойчивостью Т790М мутант предпочитает активную конформацию . Таким образом, Т790М мутант EGFR находится в неправильном конформации для afatinib связывать эффективно сначала разрешить взаимодействие ковалентную произойти. Новое поколение необратимого EGFR ингибиторы AZD - 9291 и СО- 1686 ( Диаграмма 3 ) использует пиримидинового эшафот , устраняя структурные элементы , близкие к привратника , а также увеличение взаимодействия с G- петли. Оба AZD - 9291 и СО - 1686 продемонстрировали многообещающие клинические эффективностями в EGFR ИТК - стойкого популяции пациентов в фазе I клинических исследований . Обратимые ингибиторы EGFR , ориентированные на активное конформацию EGFR T790M мутанта , безусловно, разнообразить коллекцию ингибиторов EGFR , чтобы принести пользу огнеупорных пациентов из EGFR Tki лечения.
В последние 20 лет, протеинкиназы постепенно становятся ключевыми лекарственными средствами в борьбе с раком, и более 50% текущих программ развития противораковых лекарственных средств ориентированы на протеинкиназные ингибиторы [6]. Многие виды рака, вероятно, в значительной степени зависят от конкретной активации одной или нескольких ТК. Проектирование ИТК, направленных мутантный TKS , как ожидается, избирательно воздействовать опухолевые клетки и приведет к улучшению профилями безопасности для пациентов . Внутриопухолевой гетерогенность рака и адаптации опухолей к наркотикам останется проблемы в развитии таргетной терапии , а также в клиническом лечении поздних стадий рака . Сочетание различных ИТК или ИТК с другими терапевтическими агентами должно привести к мощной противораковой эффекты. Как молекулярные механизмы устойчивости начинают быть выяснены, новые стратегии по преодолению или предотвращению развитие резистентности начинают появляться . киназы - направлены лекарственная устойчивость требует стратегии создания
несколько ингибиторов , которые нацелены на различные топографию киназы активный центр . Это был эффективная стратегия используется в протеазы дизайна для управления ретровирусной инфекции и может быть дальнейший путь для преобразования рак в хроническое заболевание. Протеинкиназы играют важную роль не только при раке , но
и во многих других заболеваний. Опрос на Lahiry соавт. Найдено 50 киназы, которые лежат в основе 67 различных одно- генные клинические лиц , и примерно половина из этих ассоциированных с заболеваниями киназ были TKs.7 Мутации в членов семейства генов киназы лежат в основе широкий спектр фенотипов заболевания , в том числе неврологических расстройства , скелетные и краниосиностозов расстройства , гематологические и сосудистые нарушения , иммунологические нарушения , эндокринные и метаболические нарушения и полиорганной расстройства. Утверждение
tofacitinib , первый ИТК для лечения в воспалительных заболевания , распространяется ИТК на малые молекулы для указания вне онкологии . Хотя есть 30 KIS , входящие в
рынок и несколько сотен KIS на различных стадиях клинических развитие , охват киназы целей и структурная Разнообразие KIS ограничены. Глубокое понимание белка киназы функции и их регуляции в человеческих болезней может привести к выявлению новых киназы целей для неудовлетворенная лекарственные потребности. Анализ текущих ингибиторов киназы указывают что структурное разнообразие , киназы селективность и токсичность профили остаются в совершенствовании. Расширение ИТК в не-oncology fields и комбинированные стратегии лечения рака потребует разработки высококачественных ИТК . Это, конечно, требуют дальнейшего структурной биологии и медицинской химии усилия для обнаружения очень мощные, селективные и безопасные ИТК
Литература
(1) Manning, G.; Whyte, D. B.; Martinez, R.; Hunter, T.; Sudarsanam, S. The protein kinase complement of the human genome. Science 2002, 298, 1912−1934.
(2) Barouch-Bentov, R.; Sauer, K. Mechanisms of drug resistance in kinases. Expert Opin. Invest. Drugs. 2011, 20, 153−208.
(3) Crespan, E.; Zucca, E.; Maga, G. Overcoming the drug resistance problem with second-generation tyrosine kinase inhibitors: from enzymology to structural models. Curr. Med. Chem. 2011, 18, 2836−2847.
(4) Katayama, R.; Shaw, A. T.; Khan, T. M.; Mino-Kenudson, M.; Solomon, B. J.; Halmos, B.; Jessop, N. A.; Wain, J. C.; Yeo, A. T.; Benes, C.; Drew, L.; Saeh, J. C.; Crosby, K.; Sequist, L. V.; Iafrate, A. J.; Engelman, J. A. Mechanisms of acquired crizotinib resistance in ALK-rearranged lung Cancers. Sci. Transl. Med. 2012, 4, 120ra17.
(5) Shaw, A. T.; Mehra, R.; Kim, D.-W.; Felip, E.; Chow, L. Q. M.; Camidge, D. R.; Tan, D. S.-W.; Vansteenkiste, J. F.; Sharma, S.; De Pas, T.; Wolf, J.; Katayama, R.; Lau, Y.-Y. Y.; Goldwasser, M.; Boral, A.; Engelman, J. A. Clinical activity of the ALK inhibitor LDK378 in advanced, ALK-positive NSCLC. J. Clin. Oncol. 2013, 31, 8010.
(6) Cohen, P.; Alessi, D. R. Kinase drug discovery: what’s next in the field? ACS Chem. Biol. 2013, 8, 96−104.
(7) Lahiry, P.; Torkamani, A.; Schork, N. J.; Hegele, R. A. Kinase mutations in human disease: interpreting genotype-phenotype relationships. Nat. Rev. Genet. 2010, 11, 60−74.
