基于化学动力学识别新型蛋白质聚集抑制剂的方法技术

本发明专利技术涉及识别抗蛋白质的聚集的药效团和抑制剂的方法。本发明专利技术还提供了药效团本身和制剂在阿尔兹海默症的治疗中医疗用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于化学动力学识别新型蛋白质聚集抑制剂的方法
本专利技术涉及基于化学动力学识别新型蛋白质聚集抑制剂的方法，尤其是抑制与人类错误折叠疾病相关的淀粉样蛋白(amyloidprotein)聚集的抑制剂。本专利技术还涉及设计和生成抗蛋白质聚集的药效团的方法。同样在本专利技术的范围内的是，用于治疗阿尔茨海默病和抑制其他蛋白质错误折叠疾病中的蛋白质聚集的组合物和方法。
技术介绍
细胞内蛋白质的错误折叠或聚集是许多被称为蛋白质病(proteinopathies)的迟发性神经变性疾病的一个特征。这些疾病包括阿尔茨海默病、帕金森病、tau蛋白病变、多聚谷氨酰胺扩张疾病(例如Huntington病)和各种脊髓小脑性共济失调(SCA)(例如SCA3)。目前，没有有效的策略减缓或预防这些疾病在人类中引起的神经变性。事实上，随着全球人口老龄化，阿尔茨海默病(AD)的发病率正在迅速增加。据估计，目前有4400万人患有AD，并且到2050年这一数字将超过1.35亿(1)。AD是40多种相关疾病之一(2)，其特征在于可溶性蛋白质的错误折叠及其随后转化为淀粉样纤维(3-9)。AD的一个关键分子途径是Aβ42的聚集，Aβ42是Aβ肽的42残基形式，是由淀粉样前体蛋白(APP)发生蛋白裂解产生的片段(3-5,8,9)。Aβ42本质上是一种无序的肽(10)，其在AD患者的大脑中自组装成纤维状聚集体(5,9)。因此，抑制Aβ42的自组装已成为对抗AD的主要潜在治疗策略(11-20)，尽管设计来实现该效果的小分子尚未显示临床疗效(21)。引起这种临床失败的部分原因是，不完全了解对有毒物质产生所依据的分子机制以及小分子能够干扰Aβ42的聚集途径的过程。此外，越来越明显的是，前纤维寡聚体种类，而不是成熟的淀粉样纤维和斑块，代表AD和其他神经变性疾病中的主要致病因子(3,22-27)。因此，有效的治疗策略不可能包括Aβ42纤维形成的非特异性抑制，而是涉及在Aβ42的复杂聚集过程中以精确的微观步骤在受控干预中特定物种的靶向(28)。现在可以利用我们对淀粉样蛋白形成的分子过程的理解的最新主要进展，来提出这种类型的治疗策略。这些进展是将化学动力学创新应用于蛋白质聚集研究中的结果(29,30)。最近，基于硫黄素-T(ThT)荧光的动力学测量获得的高度可重复数据的可用性(31)，使我们能够根据其潜在的分子事件定义Aβ42的聚集机制(30)。因此观察到，一旦通过单体的初级成核产生小但临界浓度的Aβ42聚集体，则表面催化的二次成核将成为主要过程，由此纤维的表面一旦形成，则其将充当产生有毒寡聚体的催化位点(30)。这些寡聚体随后可生长并转化为额外的纤维，从而在高效催化循环中进一步促进其他有毒物质的形成(30)。现在可以进一步采取这些结果，原因是它们提供了研究通过治疗性分子来抑制Aβ42聚集过程的机制的可能性(28,29,32)。使用化学动力学的方法，不需要事先了解有毒物质难以捉摸的结构，并且不受小分子与易聚集蛋白质需要非常紧密结合的限制，从而提供了高度灵敏的方法用于定量检测潜在治疗分子对聚集过程的影响。通过采用这种策略，有可能证明贝沙罗汀(bexarotene，一种FDA批准的抗癌药物)在Aβ介导的毒性的线虫(C.elegans)模型中选择性地靶向Aβ自组装中的初级成核步骤，延迟神经母细胞瘤细胞中毒性物质的形成，并完全抑制Aβ聚集及其病理学作用。但是，不仅需要确定特定的微观步骤(即初级和次级成核、延长和断裂)，这些步骤会产生已知或预测的蛋白质聚集抑制剂起作用的整体聚集过程，但还需要识别新的蛋白质聚集抑制剂，以及可以合理地被识别或选择来特异性地靶向影响可溶性毒性寡聚体形成的关键微观阶段(即初级和/或次级成核)的新的抑制剂。本专利技术旨在提供满足这种需要的方法。基于动力学的药物发现方法，如本文所述方法，与基于靶蛋白(例如酶或受体)的原子结构的传统方法根本不同。对于“稳定的”(例如非瞬时)状态，这些基于结构的药物发现是合适的。例如，结晶学可用于在结构上确定配体如何与靶标相互作用，然后基于该相互作用得到新的结构。但是，这种基于结构的药物发现不适合仅短暂存在的靶标，例如在蛋白质聚集期间可能存在的靶标。因此，根据本专利技术，根据功能(即通过动力学)确定新的蛋白质聚集抑制剂。这些动力学方法对于靶向动力学现象(例如蛋白质聚集)是必不可少的。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面，提供了产生对抗易聚集蛋白质的聚集的药效团的方法，该方法包括：(a)提供蛋白质聚集的至少一种抑制剂；(b)从所述至少一种抑制剂中产生抑制剂骨架(scaffold)；(c)将至少一种化学取代引入所述抑制剂骨架的至少一个组分中，并分析所述至少一种化学取代对所述易聚集蛋白质的聚集动力学的影响，其中分析对聚集动力学的影响包括在不存在和存在具有至少一个化学取代的化合物的情况下产生所述蛋白质的动力学曲线，并且如果所述取代引起动力学曲线的改变则将该取代识别为阳性结果；以及(d)通过比对来自动力学测定的阳性结果，产生对抗易聚集蛋白质的聚集的药效团。本专利技术还提供识别蛋白质聚集的抑制剂的方法，其中所述蛋白质是易聚集蛋白质，该方法包括：-识别至少一种化合物，该化合物结合至与已知或预测的抑制剂相同的结合伴侣(partner)和/或高度相关的结合伴侣，其中所述至少一种化合物结合至与已知或预测的抑制剂相同的结合位点或口袋；-分析所述至少一种化合物对易聚集蛋白质的聚集动力学的影响；以及-如果所述化合物影响易聚集蛋白质的聚集动力学，则选择所述至少一种化合物作为抑制剂。在一个实施方案中，该方法还包括识别已知或预测的抑制剂并识别和表征所述抑制剂的结合伴侣。优选的是，蛋白质聚集可以分为多个(优选三个)微观阶段，即初级成核、次级成核和延长，并且其中所述抑制剂抑制这些阶段中的至少一个。更优选的是，所述抑制剂至少抑制初级和/或次级成核。在一个实施方案中，分析所述至少一种化合物对所述易聚集蛋白质的聚集动力学的影响，包括在存在和不存在一种或多种化合物的情况下产生所述蛋白质的动力学曲线，其中如果所述的一种或多种化合物引起动力学曲线的变化，则将其识别为抑制剂。优选的是，动力学曲线是S形(sigmoidal)曲线，其中所述曲线至少包括源自初级成核、次级成核和延长过程的迟滞期、生长期和稳定期，并且其中所述至少一种化合物改变这些过程中的至少一种。更优选的是，可通过使用以下等式拟合曲线来从动力学曲线中获得速率参数：其中动力学参数B±、C±、κ、κ∞和是两种微观速率常数组合k+k2和knk2的函数，其中kn、k+和k2分别是初级成核、延长和次级成核速率常数。在另一个实施方案中，通过分析抑制剂对易聚集蛋白质的聚集动力学的影响，来识别已知或预测的抑制剂本身，其中若所述抑制剂引起动力学曲线的变化则可得到识别。在本专利技术的另一方面，提供了由上述方法获得或可获得的蛋白质聚集抑制剂。在本专利技术的另一个方面，提供了一种产生对抗易聚集蛋白质的聚集的药效团的方法，该方法包括：-使用上述方法识别蛋白质聚集的至少一种抑制剂；以及-使用上述方法从所述至少一种抑制剂中产生抑制剂骨架并生成药效团。除了上述方法中描述的已知或预测的抑制剂之外，可由至少一种抑制剂中产生抑制剂骨架。在本专利技术的另一方面，提供了通过本文所述方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生抗易聚集蛋白质的聚集的药效团的方法，所述方法包括：(a) 提供蛋白质的聚集的至少一种抑制剂；(b) 从随时至少一种抑制剂中产生抑制剂的骨架；(c) 将至少一种化学取代引入所述抑制剂的骨架的至少一个组分中，并且分析该至少一种化学取代对所述易聚集蛋白质的聚集动力学的影响，其中对所述聚集动力学的影响的分析包含在不存在和存在具有至少一种化学取代的化合物时产生所述蛋白质的动力学曲线，并且如果取代引起所述动力学曲线的改变则将所述取代识别为阳性结果；以及(d) 通过比对来自动力学测定的阳性结果，产生抗易聚集蛋白质的聚集的药效团。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.06 GB 1600176.01.一种产生抗易聚集蛋白质的聚集的药效团的方法，所述方法包括：(a)提供蛋白质的聚集的至少一种抑制剂；(b)从随时至少一种抑制剂中产生抑制剂的骨架；(c)将至少一种化学取代引入所述抑制剂的骨架的至少一个组分中，并且分析该至少一种化学取代对所述易聚集蛋白质的聚集动力学的影响，其中对所述聚集动力学的影响的分析包含在不存在和存在具有至少一种化学取代的化合物时产生所述蛋白质的动力学曲线，并且如果取代引起所述动力学曲线的改变则将所述取代识别为阳性结果；以及(d)通过比对来自动力学测定的阳性结果，产生抗易聚集蛋白质的聚集的药效团。2.一种用于识别蛋白质聚集的抑制剂的方法，其中所述蛋白质是易聚集蛋白质，所述方法包含：识别至少一种化合物，其结合至与已知的或预测的抑制剂相同的结合伴侣和/或高度相关的结合伴侣，其中所述至少一种化合物结合至与所述已知的或预测的抑制剂相同的结合位点或口袋；分析所述至少一种化合物对所述易聚集蛋白质的聚集动力学的影响；以及如果所述化合物影响所述易聚集蛋白质的聚集动力学，则选择所述至少一种化合物作为抑制剂。3.根据权利要求2的方法，其中所述方法进一步包含识别已知的或预测的抑制剂，并且识别和表征所述抑制剂的结合伴侣。4.根据权利要求2或3的方法，其中蛋白质聚集可以被分成多个微观阶段，优选为至少三个微观阶段，即初级成核、次级成核和延长；并且其中所述抑制剂抑制这些阶段中的至少一个。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述抑制剂至少抑制初级成核和/或次级成核。6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中所述至少一种化合物对所述易聚集蛋白质的聚集动力学的影响的分析，包含在不存在和存在至少一种化合物时产生所述蛋白质的动力学曲线；并且其中如果其引起所述动力学曲线的变化，则所述化合物被识别为抑制剂。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述动力学曲线是S形曲线，其中所述曲线至少包含来源于初级成核过程、次级成核过程和延长过程的迟滞期、生长期以及稳定期，并且其中至少一种所述化合物改变这些过程中的至少一个。8.根据权利要求7的所述方法，其中通过使用下述的方程拟合所述曲线，从所述动力学曲线中获得了速率参数：其中动力学参数B±、C±、κ、和两种微观速率常数组合k+k2和knk2的函数，其中kn、k+和k2分别是初级成核速率常数、延长常数速率和次级成核速率常数。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述易聚集蛋白质是淀粉样蛋白质。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述淀粉样蛋白质选自Aβ42、α-突触核蛋白、tau蛋白、亨廷顿蛋白(huntingtin)、atrophin-1、共济失调蛋白（1、2、3、6、7、8、12、17）、淀粉不溶素、朊病毒蛋白、（pro）降钙素、心房利钠因子、载脂蛋白AI、载脂蛋白AII、载脂蛋白AIV、血清淀粉样蛋白、medin、（apo）血清AA、催乳素、转甲状腺素蛋白、溶菌酶、β-2微球蛋白、纤维蛋白原α链、凝溶胶蛋白、角蛋白（keratopthelin）、β-淀粉样蛋白、胱抑素、ABriPP免疫球蛋白轻链AL、免疫球蛋白重链、S-IBM、胰岛淀粉样蛋白多肽、胰岛素、乳凝集素、角质-上皮、乳铁蛋白、tbn、白细胞趋化因子-2、AbriPP、ADanPP、肺表面活性蛋白、半乳糖凝集素7、角膜锁链蛋白、乳粘素、角质-上皮、牙源性成釉细胞相关蛋白质、精囊蛋白1和恩夫韦肽。11.根据权利要求10的方法，其中所述蛋白质是Aβ42。12.根据权利要求2-11中任一项所述的方法，其中所述已知的或预测的抑制剂其本身是通过分析所述抑制剂对所述易聚集蛋白质的聚集动力学的影响而识别的，其中如果其引起所述动力学曲线的变化则所述抑制剂被识别。13.一种通过权利要求2至12所述的方法获得或能够获得的蛋白质聚集抑制剂。14.一种产生抗易聚集蛋白质的聚集的药效团的方法，所述方法包括：(a)使用权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯多夫·多布森，图奥马斯·诺尔斯，米歇尔·文德鲁斯科洛，约翰尼·哈巴希，肖恩·奇亚，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB