Towards Selective Kinase Inhibitors by Chemical Genetics and Photopharmacology

In dieser Arbeit wurden verschiedene Ansätze verfolgt, um selektive Kinaseinhibitoren für verschiedene Ziele zu entwickeln. Ein chemisch-genetisches Verfahren, das als "analog-sensitiv" bezeichnet wird, wurde eingesetzt, um isozymselektive Inhibitoren zu erzeugen, die auf die Gatekeeper-Mutante der IP6Ks abzielen. Diese Kinasen sind für die Synthese von PP-InsPs verantwortlich, dicht geladenen und allgegenwärtigen sekundären Botenstoffen mit einer Vielzahl von Funktionen. Ein Hochdurchsatz-Screening lieferte die vielversprechende Leitverbindung FMP-201300, die wünschenswerte Eigenschaften und ein günstiges Inhibitionsprofil aufwies. Interessanterweise ergaben kinetische Messungen einen allosterischen Wirkmechanismus, während HDX-MS-Analysen auf eine Bindung von FMP-201300 in der Nähe der ATP-Stelle hindeuteten, was möglicherweise die durch die Gatekeeper-Mutation bewirkte Steigerung der Wirksamkeit erklärt. Parallel dazu wurde Photopharmakologie eingesetzt, um die Aktivität von TgCDPK1 mit hoher zeitlicher und räumlicher Präzision reversibel zu steuern. Bekannte Inhibitoren wurden in Arylazopyrazole mit guten photochemischen und photophysikalischen Eigenschaften umgewandelt. Während die Optimierung der photostationären Verteilungen eine Herausforderung blieb, ermöglichten die ausgezeichneten bioaktiven Unterschiede zwischen den beiden isomeren Formen die reversible Kontrolle der Kinaseaktivität in situ durch abwechselnde Bestrahlung mit Licht verschiedener Wellenlängen. Obwohl diese photoschaltbaren Inhibitoren auch auf CDPK1-Orthologe anderer Parasiten abzielten, führte eine sequentielle Erhöhung der Gatekeeper-Größe zu einem deutlichen Rückgang der Wirksamkeit. Wichtig ist, dass das Wachstum von T. gondii in vivo gehemmt werden konnte, mit reduzierter Wirksamkeit nach UV-Bestrahlung.The development of potent and highly selective kinase inhibitors is a long-standing pursuit in pharmacological research. These efforts continue to provide invaluable tools to decipher the intricate cellular functions of these ubiquitous enzymes. Kinases are involved in a cornucopia of signaling events, many of which are related to widespread diseases such as diabetes and cancer. In this work, different approaches were taken to obtain selective kinase inhibitors for diverse targets. A chemical genetics method termed ‘analog-sensitive’ was employed to generate isozyme-selective inhibitors targeting the gatekeeper mutant of mammalian IP6Ks. These kinases are responsible for the synthesis of PP-InsPs, densely-charged and highly pervasive second messengers with a multitude of functions. High-throughput screening yielded the promising lead compound FMP-201300, which exhibited desirable properties and a favorable inhibitory profile. Intriguingly, kinetic measurements revealed an allosteric mode of action, while HDX-MS analysis suggested a binding of FMP-201300 adjacent to the ATP-site, potentially explaining its increase in potency conferred by the gatekeeper mutation. In a parallel effort, photopharmacology was used to reversibly control the activity of TgCDPK1 with high temporal and spatial precision. Known inhibitors were converted into arylazopyrazoles with good photochemical and photophysical properties. While the optimization of the photostationary distributions remained a challenge, excellent bioactive discrepancies between the two isomeric forms enabled the reversible control over kinase activity in situ by alternating irradiation with light of different wavelengths. Although these photoswitchable inhibitors also targeted CDPK1 orthologs from other parasites, sequential increase of the gatekeeper size led to a significant decline in potency. Importantly, the growth of T. gondii could be inhibited in vivo with reduced potency after UV irradiation