Structure-Activity Relationship Investigation of Potent Human Glutaminyl Cyclase Inhibitor Based on Pharmacophoric Regions

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 약학대학 약학과, 2018. 8. Jeewoo Lee.알츠하이머 병 (Alzheimer 's disease, AD)은 기억력 상실과 인지력을 심각하게 저하시키는 지속적이고, 끊임 없는 신경 퇴행성의 장애로 간주된다. 지금까지 뇌에서 신경 독성 Aβ종의 형성 수준을 낮추는 것이 AD치료의 우선적인 병리학으로 간주되고 있다. 최근 연구사례들에 따르면 AD 환자의 뇌에서 과도하게 발현되어 농도가 높아진 pyroglutamate (pE-Aβ)는 Aβ보다 빠르게 응집되고 더 큰 독성을 갖고 있다고 한다. pE-Aβ는 Glutaminyl Cyclase(QC)라는 효소에 의해 Amino-terminally 절단된 Aβ의 glutamate 3 또는 11을 기질로 하여 cyclization이 촉매작용이 일어나서 만들어진 생성물이다. 최근 임상 연구에 따르면 QC는 AD 치료에 대한 대체적 치료표적이 될 수 있음을 보여주고 있다. 우리 연구 그룹에서는 일련의 QC 저해제의 연구 개발, 특히 기존의 저해제를 기준으로 B-region 과 C-region 에서의 구조적 변형을 통해 좀더 확장된 구조에 초점을 맞추고 있다. 이 연구에는 저희는 우선 Arg region을 모방한 유사체의 구조 활성 관계 (SAR)에 대해 연구했다. Arg region 시리즈에서 대부분의 화합물들은 in-vitro 실험에서 우수한 활성을 보여주었다. 그중 IC50 앞서 언급된 결과들을 바탕으로 part2 에서는 위에서 설계한 약리활성 구조를 대체하기 위해 3-alinoalaklyloxy-4-methoxyphele및 4-aminoalkoxheyphel을 포함한 새로운 QC 저해제를 계속해서 개발하였다. IC50값을 기반으로 활성이 우수한 화합물들을 식별하였다. 그렇게 선별된 화합물들은 in vitro 독성과 in vivo활성을 추가로 진행하였다. 그 결과 QC 저해제 51과 53은 BBB 투과가 가능한 in-vivo 급성 모델에서 우수한 AβN3pE-40-Lowering Effect를 나타냈고, cytotoxicity 와 hERG 저해를 나타내지 않았다. 두 화합물 중 모델 분석의 대상으로 화합물 53을 선택했다. 모델 결과 53의 우수한 효과는 활성부위에서의 염다리효과와 수소결합이라고 설명할 수 있다. BBB의 투과가 더 양호한 이 화합물은 Anti-Alzheimer 에이전트의 잠재적 후보가 될 수 있을 것이다 마지막으로 중요한 것은 C지역의 dimethoxy이 안정적이지 않고 간 신진대사에 독성을 일으키며 B-region의 변형은 in-vitro활성을 증가시킨다는 것을 발견했다. 따라서, 새로운 heterocyclic을 C-region과 B-region 과 C-region의 연결 고리에 계속 도입했다. 그러나, 모 화합물과 비교하여, C 영역의 헤테로 고리, 특히 인돌, 벤조 퓨란, 벤조 옥사졸, 벤조 티아졸의 고리들은 활성을 2.0 ~ 6.0 배 감소시킨 다는 것을 보였다. 흥미롭게도 일부의 고리 구조들은 B 영역에 도입되었을 때 in vitro활성이 약간 증가함을 보였다. 이러한 결과들은 잠재적인 독성이 없고 우수한 투과력과 활성을 갖는 QC 저해제의 개발에 있어 선도물질 최적화에 귀중한 정보를 줄것이라고 생각한다. 키워드: Alzheimer Disease, Glutaminyl Cyclase, Aβ, hQC, pyroglutamateI. Introduction 1 1.Alzheimers disease 1 1.1. Stage of AD 1 1.2. The risk of AD 2 2. Genetic factors in AD 3 2.1. Aβ in AD 3 2.2. APP in AD 5 2.3. TAU in AD 6 3. QC in AD 8 3.1. Pyroglutamate in AD 8 3.2. Glutaminyl Cyclase (QC) 9 3.2. Some QC inhibitors promising treatment strategy 12 II. Potentials anti-Alzheimers agents: SAR of Arg-mimetic region (Part I) 14 1. Design and Pharmacophore 14 2. Result and Discussion 15 2.1 Chemistry 15 2.2 In vitro assay 19 2.3 In vivo activity 25 2.4 Molecular modeling 26 3. Conclusion 28 4. Experimental 29 4.1 Chemistry 29 4.1.1 General 29 4.1.2 General Procedure 29 4.1.3 Intermediate compounds 32 4.1.4 Final compounds 61 4.2. Molecular modeling 76 III. SAR Investigation of Phe-Arg mimetic region of Human Glutaminyl Cyclase (Part II) 78 1. Design and Pharmacophore 78 2. Result and Discussion 79 2.1 Chemistry 79 2.2 In vitro assay 82 2.3 In vivo activity 85 2.4 Molecular modeling 87 3. Conclusion 89 4. Experimental 89 4.1 Chemistry 89 4.1.1 General 89 4.1.2 General Procedure 89 4.1.3 Intermediate compounds 90 4.1.4 Final compounds 99 4.2. Molecular modeling 107 IV. SAR Modification of Heterocyclic in C- region with Urea type (Part III) 109 1. Design and Pharmacophore 109 2. Result and Discussion 110 2.1 Chemistry 110 2.2 In vitro assay 116 3. Conclusion 125 4. Experimental 126 4.1 Chemistry 126 4.1.1 General 126 4.1.2 General Procedure 126 4.2. Compound 130 4.2.1. Intermediate compounds 130 4.2.2. Final compounds 158 References 180 Abstract (Korean) 187 Acknowledgement 189Docto