Design, synthese en biologische evaluatie van 1,2,3-triazoolderivaten als potentiële geneesmiddelen voor de ziekte van Chagas

De ziekte van Chagas vormt een relevant probleem voor de volksgezondheid in verschillende regio's van de wereld, en de afgelopen jaren is gemeld dat er ook een wereldwijde bezorgdheid ontstaat als gevolg van migraties. Deze pathologie wordt veroorzaakt door de infectie met de parasiet Trypanosoma cruzi (T. cruzi), waarvoor slechts twee geneesmiddelen zijn goedgekeurd voor klinisch gebruik: benznidazol en nifurtimox, beide bijna 40 jaar geleden ontwikkeld. Helaas lijden deze twee medicijnen aan frequente en ernstige bijwerkingen, die op hun beurt het gebruik ervan bij langdurige behandelingen beperken. In deze context vormen het ontwerp en de ontwikkeling van nieuwe anti-Chagas-verbindingen die zowel een hoge werkzaamheid als veiligheid vertonen een dringende behoefte.

Als onderdeel van de vooruitgang in de kennis met betrekking tot de infectie met T. cruzi, inclusief de details van de moleculaire biologie, zijn er verschillende doelwitten voor geneesmiddelen geïdentificeerd voor de ontwikkeling van therapeutische verbindingen. In het bijzonder vormt de groep enzymen die cysteïneproteasen worden genoemd, zeer aantrekkelijke doelwitten, omdat ze gedurende de gehele levenscyclus van de parasiet tot expressie worden gebracht. In het bijzonder is cruzipain (CZP) actief onderzocht in de richting van de remming ervan door middel van diverse soorten organische moleculen, waaronder zowel omkeerbare als onomkeerbare remmers. Deze laatste hebben de laatste jaren veel belangstelling gekregen vanwege de uitgebreide verkenningen van de structuur-activiteitrelaties met betrekking tot dit type verbindingen, wat het rationele ontwerp van nieuwe efficiënte remmers verder ondersteunt.

Structureel is CZP een homodimeer gevormd door twee polypeptideketens die zijn samengesteld uit 215 aminozuurresiduen, georganiseerd in twee goed gedefinieerde domeinen die een grensvlak vormen waarop de enzymkatalytische plaats zich bevindt. Zoals eerder vermeld, behoort CZP tot de familie van cysteïneproteasen en bevat het daarom een katalytisch actief cysteïne (CYS25) -residu dat onmisbaar is voor zijn proteolytische activiteit. Ten minste drie subdomeinen (S1, S2 en S3) zijn beschreven binnen de katalytische site, wat de selectieve en efficiëntie van binding aan zowel substraten als remmers verleent. Verschillende kristallografische structuren van CZP zijn eerder gerapporteerd in de literatuur, wat de mogelijkheid opende om computergestuurde drug design (CADD) technieken toe te passen om te helpen bij het ontwerpen en synthese van efficiënte en selectieve remmers. Het is vermeldenswaard dat CZP een hoge structurele homologie vertoont met cathepsines, een familie van enzymen die nodig zijn voor normale celfunctionaliteit. Bijgevolg moeten potentieel onomkeerbare CZP-remmers een hoge selectiviteit vertonen om een plausibel klinisch gebruik te overwegen.

In deze context is het rationele ontwerp van CZP-remmers vooral gericht op de bereiding van moleculen die in staat zijn om krachtig en selectief aan deze katalytische plaats te binden, waardoor een blokkade (ofwel omkeerbaar of onomkeerbaar) op het CYS25-residu wordt opgewekt. Vanuit structureel oogpunt dragen onomkeerbare remmers twee belangrijke moleculaire regio's: a) een steiger die zorgt voor een stabiele binding en efficiënte positionering van het ligand binnen de katalytische plaats (doorgaans gestabiliseerd door niet-covalente krachten), en b) een reactieve groep die in staat is van het vormen van een covalente binding (en onomkeerbare remming) met het katalytisch actieve CYS25-residu (dwz een kernkopstructuur). Verschillende rapporten hebben betrekking op de verkenning van de structuur-activiteitrelatie van beide substructuren, en hoewel belangrijke kennis is opgedaan, is er nog steeds behoefte aan het verkennen van de overeenkomstige structuur-activiteitrelatie met betrekking tot de binding van remmers binnen de S1-, S2- en S3-regio's van de katalytische site. Als vroege voorbeelden van CZP-remmers kunnen de verbindingen K777 en K02 worden genoemd als representatieve structuren van een overvloed aan peptidomimetische verbindingen die zijn ontworpen als anti-chagas-middelen. Zoals verwacht vertonen dit type verbindingen suboptimale biofarmaceutische eigenschappen (zoals lage biologische beschikbaarheid en uitgebreid first-pass metabolisme), wat hun klinische gebruik beperkt.

In lijn met de inspanningen om deze biofarmaceutische eigenschappen te optimaliseren, wordt actief onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van niet-peptidische remmers, waaronder het gebruik van bio-isosteroïde vervangingen op de peptidebinding. Onder hen vormen 1,2,3-triazolen een veelbelovende steiger voor de vereiste bioisosterische vervanging, met meerdere rapporten die gedetailleerde verkenningen presenteren van de specifieke structurele vereisten die een molecuul nodig heeft om efficiënt te voldoen aan de S1, S2 en S3 substructuren topologieën.

Aangezien bibliografische rapporten de mogelijkheid hebben aangetoond om zowel de potentie als de selectiviteit van op 1,2,3-triazol gebaseerde CZP-remmers efficiënt te optimaliseren, rekening houdend met het feit dat er nog veel kennis te vergaren is met betrekking tot hun interactie met S1, S2 en S3-subsites, in dit onderzoeksvoorstel willen we de mogelijkheden van het ontwerpen van efficiënte CZP-remmers uitvoerig bestuderen door de 1,2,3-triazoolkern verder te versieren. We willen met name CADD-technieken uitputtend toepassen voor de constructie van massieve bibliotheken van triazoolderivaten, die verder zullen worden onderworpen aan screening op basis van silicoreceptoren op zoek naar veelbelovende anti-chagasverbindingen. Deze multidisciplinaire studie strekt zich verder uit tot inspanningen op het gebied van synthetische en biologische activiteitsmetingen.