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抗腫瘍作用を有する低分子RPN13阻害剤候補の構造機能解析
Structure-function analyses of candidate small molecule RPN13 inhibitors with antitumor properties.
PMID: 31940398 PMCID: PMC6961910. DOI: 10.1371/journal.pone.0227727.
抄録
我々は、プロテアソームの19S調節粒子内のユビキチン受容体RPN13を標的とすることにより、固形癌に対して活性なユビキチン-プロテアソームシステム阻害剤の設計を模索した。ビスベンジリジンピペリドン系阻害剤RA190は、RPN13のシステイン88を付加するマイケルアクセプターである。ファーマコフォアのプローブでは、シクロヘキサノンと比較して、中央の窒素含有ピペリドン環部位の利点、中央のエノン・ピペリドン環からの芳香族ウイングのスパンの重要性、両ウイングの寄与、およびより強い電子引出し基を有する置換基がより細胞毒性を有することを示した。RA375は、ニトロ環置換基とクロロアセトアミド弾頭の追加を反映して、RA190に比べて10倍以上の活性を示したため、活性は中央の窒素含有ピペリドンに第2弾頭を結合させることでさらに強化されました。RA375での治療は、高分子量ポリユビキチン化タンパク質の急速かつ深遠な蓄積を引き起こし、小胞体および酸化ストレスを生成し、アポトーシスを誘発する細胞内グルタチオンレベルを低下させた。RA375は、多発性骨髄腫や様々な固形癌の細胞株に対して高い活性を示し、正常細胞に対しても広い治療窓を示しました。子宮頸がんおよび頭頸部がんでは、ヒトパピローマウイルスに関連する細胞株がRA375に対して有意に感受性が高かった。また、ARID1A 欠損は感度を 4 倍に向上させましたが、RA375 は試験したすべての卵巣癌細胞株に対して活性を示しました。RA375は、マウスへの単回投与後72時間以上にわたり筋肉のプロテアソーム機能を阻害し、明確細胞卵巣癌由来の同所性ヒト異種移植片を移植したマウスでは、腫瘍の負担を軽減し、生存期間を延長しました。
We sought to design ubiquitin-proteasome system inhibitors active against solid cancers by targeting ubiquitin receptor RPN13 within the proteasome's 19S regulatory particle. The prototypic bis-benzylidine piperidone-based inhibitor RA190 is a michael acceptor that adducts Cysteine 88 of RPN13. In probing the pharmacophore, we showed the benefit of the central nitrogen-bearing piperidone ring moiety compared to a cyclohexanone, the importance of the span of the aromatic wings from the central enone-piperidone ring, the contribution of both wings, and that substituents with stronger electron withdrawing groups were more cytotoxic. Potency was further enhanced by coupling of a second warhead to the central nitrogen-bearing piperidone as RA375 exhibited ten-fold greater activity against cancer lines than RA190, reflecting its nitro ring substituents and the addition of a chloroacetamide warhead. Treatment with RA375 caused a rapid and profound accumulation of high molecular weight polyubiquitinated proteins and reduced intracellular glutathione levels, which produce endoplasmic reticulum and oxidative stress, and trigger apoptosis. RA375 was highly active against cell lines of multiple myeloma and diverse solid cancers, and demonstrated a wide therapeutic window against normal cells. For cervical and head and neck cancer cell lines, those associated with human papillomavirus were significantly more sensitive to RA375. While ARID1A-deficiency also enhanced sensitivity 4-fold, RA375 was active against all ovarian cancer cell lines tested. RA375 inhibited proteasome function in muscle for >72h after single i.p. administration to mice, and treatment reduced tumor burden and extended survival in mice carrying an orthotopic human xenograft derived from a clear cell ovarian carcinoma.