提供τ蛋白聚集调节剂的方法技术

本发明专利技术总体上涉及选择或设计用于调节τ蛋白聚集的化合物的方法。所述方法包括使用计算机实现的分子建模方式，以将候选化合物的三维结构与所述τ蛋白的包含氨基酸315

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】提供
τ
蛋白聚集调节剂的方法


[0001]本专利技术总体上涉及使用τ蛋白结合口袋的结构坐标的方法。特别地，本专利技术提供了τ蛋白结合口袋的三维模型和用于通过合理的药物设计来鉴定、选择和/或设计τ蛋白聚集调节剂的方式。本专利技术还总体上涉及使用如下τ蛋白的结构坐标，其是τ蛋白从包含结合口袋的紧密构象折叠为成对螺旋丝的聚集构象的过程中的中间体。

技术介绍

[0002]与τ蛋白相关的障碍，统称为神经退行性τ蛋白病(Lee等人,2001)，代表一组蛋白质聚集疾病(Buee等人,2000)。阿尔茨海默病(AD)是该组神经退行性疾病的一部分。痴呆病症如阿尔茨海默病(AD)的特征通常在于受影响患者的脑中蛋白质结构如β
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淀粉样蛋白斑和由τ蛋白构成的神经原纤维缠结(NFT)的细胞内和/或细胞外沉积物的逐渐积累。这些病变的出现在很大程度上与病理性神经元变性和脑萎缩以及与认知损害相关(参见例如，Mukaetova
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Ladinska等人,2000)。在AD中，τ蛋白自组装形成成对螺旋丝(PHF)和直丝，它们构成神经元内的神经原纤维缠结和脑中的营养不良性神经突。蛋白错误折叠形成淀粉样蛋白原纤维是统称为淀粉样变性的许多不同疾病的标志，其中每一种所述疾病由特定的前体蛋白表征(Sipe,1992)。
[0003]τ蛋白以可变剪接的同种型存在，其含有对应于微管结合结构域的重复序列的三个或四个拷贝(参见例如，Goedert,M.等人,1989)。从来自AD脑组织的蛋白水解稳定的PHF核心制备物中分离的τ蛋白种类包含衍生自三重复和四重复同种型的片段(但限于三个重复的等同物)的混合物，其中N末端位于残基Ile
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297或His
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299且C末端位于残基Glu
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391，或在其他物种中的同源位置(Wischik等人,1988；Jakes等人,1991)。诸位专利技术人先前已经表明，片段297
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391(称为dGAE)在特定条件下自组装形成成对螺旋丝状结构(Al
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Hilaly等人,2017)，并且该组装在还原条件下(在DTT的存在下)或在高浓度下增强。组装伴随着从溶液中的无规卷曲到不溶性部分中的β折叠结构的构象变化(Al
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Hilaly等人,2017)。来自该同一分子(本文称为“dGAE73”)的残基306
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378已在电子密度方面可视化，并使用对从AD脑组织提取的PHF的冷冻电子显微镜分析被确认为形成PHF核心的一部分(Fitzpatrick等人,2017)。
[0004]然而，尽管关于由不同蛋白质和PHF形成的淀粉样蛋白原纤维的结构数据是可获得的，但对由不相连接的单体形成淀粉样蛋白原纤维的机制的阐明仍然是难以理解的(Sipe 1992；Chiti&Dobson 2006；Roberts 2007；Kelly 2000)。迄今为止，尚未对不相连接的可溶性低聚物质池的成核的初级阶段进行一致的描述(Roberts 2007,Kodali&Wetzel,2007；Serio等人,2000；Modler等人,2004；Glabe 2008；Meisl等人,2016)。已经鉴定了许多致淀粉样前体和低聚状态(Campioni等人,2010；Novo等人,2018；Kayed等人,2003；Buccianti等人,2002和2004；Gerson等人,2016)，但这些结构上异质和瞬时的聚集体的分离和进一步表征仍然是挑战。已经通过生物化学和生物物理实验和体内测定支持了可溶性蛋白质低聚物作为τ蛋白病发病机理中细胞损伤和功能障碍的主要原因的证据(Macdonald
等人,2019；Lasagna
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Reeves等人,2012；Gerson等人,2016)。
[0005]诸位专利技术人先前已经显示可以以氧化的(MTC，图12A)和还原的无色
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MT(LMT；图12C)形式存在的甲基硫堇鎓(MT)物质能够在τ蛋白聚集的无细胞、基于细胞和τ转基因小鼠模型中充当τ蛋白聚集抑制剂(Harrington等人,2015；Wischik等人,1996；Melis等人,2015；Al
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Hilaly等人,2018)。最近的发现表明，LMT是抑制PHF的核心τ蛋白单元聚集所需的活性部分(Al
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Hilaly等人,2018)。该发现支持临床证据，即MT部分的稳定还原盐形式(甲磺酸氢甲基硫堇鎓，LMTM，图12B)显现在比先前使用氧化MT+形式鉴定的最小有效剂量低20倍的剂量下有效(Wischik等人,2015；Schelter等人,2019)。
[0006]因为τ蛋白聚集病理与认知减退紧密关联(Okamura等人,2014；Chien等人,2013；Mukaetova
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Ladinska等人,2000；Grober等人,1999；Wilcock和Esiri,1982；Duyckaerts等人,1997；Bancher等人,1993&1996；Arriagada等人,1992)，所以基于使用τ蛋白聚集抑制剂的治疗为AD提供了潜在有前景的治疗方法(Wischik等人,2018)。用于开发用于治疗神经退行性τ蛋白病的新化学实体的根本部分是对该聚集过程中关键中间体的结构以及化合物如LMT如何干扰该过程的理解。这将使得能够开发用于配体设计的基于结构的假设。

技术实现思路

[0007]为了解决上述需求，诸位专利技术人设计了多步计算方案，以探索先前报道的截短的τ蛋白片段的构象柔性，所述片段对应于从蛋白水解稳定的PHF制备物中分离的物质之一(残基
297
Ile
‑
Glu
391
)并称为“dGAE”(Wischik等人,1988；Novak等人,1991；Novak等人,1993)。dGAE在体外生理条件下自发组装成与来自AD脑的天然PHF和直丝在形态上非常相似的丝(Al
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Hilaly等人,2017；Al
‑
Hilaly等人,2020)。分析旨在理解dGAE的柔性，其聚集成PHF，以及小分子在体内抑制PHF组装和引起PHF解聚的潜力。为了理解小分子如何抑制dGAE组装为原纤维的机制，用原子分子模拟评价单个τ97单体(包含dGAE和前面的残基
295
Asp
296
Asn)的构象空间。诸位专利技术人假设LMT可与dGAE单体复合并防止原纤维形成。为了检验该假设，从apoτ97的构象集合中对代表性蛋白质结构采样。由此，诸位专利技术人能够鉴定结合LMT并形成稳定复合物的独特隐蔽口袋。根据复合物的构象，构建药效团模型并合成一系列从头设计的化合物，以评估稳定dGAE低聚物是否会导致τ蛋白聚集的抑制。在基于细胞的τ蛋白聚集测定中评估化合物。超过一半的测定分子显示出亚微摩尔活性。由此，诸位专利技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于选择或设计用于调节τ蛋白或其截短形式的聚集的化合物的方法，所述方法包括使用计算机实现的分子建模方式以：将候选化合物的三维结构与所述τ蛋白的至少一部分的三维结构进行比较，所述τ蛋白的至少一部分包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
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378或其在结构上等同于所述部分的变体或衍生物；以及确定所述候选化合物是否能够与SEQ ID NO:1的Leu315、Ser341、Glu342、Lys343、Phe346、Lys347、Val350、Ser352、Ile354、Lys369、Ile371、Glu372、Phe378和Thr373中或变体或衍生物的等同氨基酸中的两个或更多个同时形成非共价相互作用，其中预测能够形成所述相互作用的候选化合物调节所述τ蛋白或其截短形式的聚集。2.根据权利要求1所述的方法，其包括确定所述候选化合物是否能够与SEQ ID NO:1的Lys343和Glu372同时形成非共价分子相互作用。3.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述化合物用于抑制τ蛋白或其截短形式聚集为成对螺旋丝。4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述化合物是小分子、肽、多肽或其组合。5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述τ蛋白的包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
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378的部分的三维结构包含由Phe378和Phe346封端的结合口袋，暴露残基Val350、Leu315、Ile354和/或Ile371的疏水性侧链，并且在所述结合口袋内含有能够与分子形成氢键的残基Leu315、Lys343、Lys347、Glu372和/或Thr373。6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述τ蛋白的包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
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378的部分的三维结构包含在SEQ ID NO:1的残基Val337与Gly355之间的发夹环。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述τ蛋白的包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
‑
378的部分的三维结构包含位于由序列Tyr219
‑
Lys331形成的环与序列Pro332
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Gly335之间的序列Pro364
‑
Gly367。8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述τ蛋白的包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
‑
378的部分的三维结构至少部分地通过在Glu342与Val318和/或Thr319之间、在Gly367与Lys340之间、在Asn368与Lys340之间、在Lys369与Glu372之间、在Lys370与Asp358之间、在Ile371与Ser316之间、在Glu372与Ser356之间、在Thr373与Gln351、Ser316之间、在His374与Gln351之间以及在Lys375与Gln351之间的氢键稳定。9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述τ蛋白的包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
‑
378的部分的三维结构是由表1中的结构坐标表示的结构，或在这些坐标上建模的结构。10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述τ蛋白的部分的三维结构通过以下方式可获得：在LMT的存在下对所述τ蛋白的包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
‑
378的部分进行分子动力学模拟以获得一种或多种复合构象，并通过对所述一种或多种复合构象应用稳定性标准和结合亲和力标准选择所述τ蛋白的部分的三维结构。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述稳定性标准应用于在预定时间量之后分子动力学模拟的连续帧中的复合构象之间的距离，和/或其中所述结合亲和力标准应用于如通过CCG MOE对接软件内的GB IV评分函数确定的<
‑
80kcal/mol的定位评分函数或<
‑
8.5的评分函数的值。
12.根据任一前述权利要求所述的方法，其进一步包括设计药效团模型，其中所述药效团包括代表与以下中的两个或更多个的非共价分子相互作用的特征：SEQ ID NO:1的Leu315、Ser341、Glu342、Lys343、Phe346、Lys347、Val350、Ser352、Ile354、Lys369、Ile371、Glu372、Phe378和Thr373。13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述τ蛋白的部分包含SEQ ID NO:1的氨基酸306
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378，其中所述τ蛋白的部分包含SEQ ID NO:1的氨基酸297
‑
391，或其中所述τ蛋白的部分包含SEQ ID NO:1的氨基酸295
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391。14.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述τ蛋白的部分由SEQ ID NO:1的氨基酸297
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391组成，其中所述τ蛋白的部分由SEQ ID NO:1的氨基酸295
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391组成，或其中所述τ蛋白的部分由SEQ ID NO:1的氨基酸306
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378组成。15.根据任一前述权利要求所述的方法，其进一步包括重复与至少一个取代基不同于先前候选化合物的另外的候选化合物进行比较和测定的步骤。16.根据任一前述权利要求所述的方法，其中将候选化合物的三维结构与所述τ蛋白的至少一部分的三维结构进行比较包括计算三维结构中表示的所述候选化合物与所述τ蛋白的部分之间的相互作用能，所述τ蛋白的至少一部分包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
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378或其在结构上等同于所述区域的变体或衍生物。17.一种包括处理器和存储机器可读指令的存储器的计算系统，所述机器可读指令当由所述处理器执行时，使得所述处理器实现任何前述权利要求所述的方法。18.一种用于评价候选化合物结合τ蛋白的结合口袋的能力的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：(a)接收所述τ蛋白的部分的三维结构坐标，所述τ蛋白的部分包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
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378或其在结构上等同于所述部分的变体或衍生物中的等同氨基酸，其中SEQ IDNO:1的氨基酸315
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378的三维结构包含所述τ蛋白的结合口袋；(b)在候选化合物与所述结合口袋之间进行拟合操作；以及(c)分析所述拟合操作的结果以确定所述候选化合物是否能够结合所述结合口袋。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述τ蛋白的包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
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378的部分的三维结构是由表1中所示的结构坐标表示的结构，或在这些坐标上建模的结构。20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中如果所述候选化合物能够与SEQ IDNO:1的Leu315、Ser341、Glu342、Lys343、Phe346、Lys347、Val350、Ser352、Ile354、Lys369、Ile371、Glu372、Phe378和Thr373中的两个或更多个同时形成非共价分子相互作用，则所述候选化合物能够结合所述口袋。21.根据权利要求20所述的方法，其中如果所述候选化合物能够与SEQ ID NO:1的Lys343和Glu372同时形成非共价分子相互作用，则所述候选化合物能够结合所述口袋。22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中所述结合口袋被Phe378和Phe346封端，暴露残基Val350、Leu315、Ile354和/或Ile371的疏水性侧链，并且在所述结合口袋内含有能够与分子形成氢键的残基Leu315、Lys343、Lys347、Glu372和/或Thr373。23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中所述τ蛋白的包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
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378的部分的三维结构包含在SEQ ID NO:1的残基Val337与Gly355之间的发夹环。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，其中所述τ蛋白的包含SEQ ID NO:1的氨基酸315
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378的部分的三维结构包含位于由序列Tyr219
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Lys331形成的环与序列P...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：GT英威特有限公司，
类型：发明
国别省市：