Discovery of New Potent and Uniquely Selective Inhibitors of Underexplored Protein Kinases

Paula Martín Moyano, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Můj doktorandský výzkum zahrnoval dva projekty, v jejichž rámci jsem identifikovala nízkomolekulární inhibitory vybraných proteinových kináz. Některé z nově připravených sloučenin jsou účinné a vysoce selektivní, a lze je tak využít jako kvalitní chemicko-biologické sondy. V prvním projektu jsem pracovala na vývoji syntetických cest vedoucích k tri- a tetra-substituovaným imidazolovým derivátům schopným inhibovat kaseinkinázu 1 (CK1). V tomto projektu jsme se dvěma kolegy spolupracovali na přípravě knihovny >300 sloučenin k pokrytí chemického prostoru kolem centrálního farmakoforu a identifikaci skupiny vysoce účinných a selektivních inhibitorů CK1α/δ/ε. Sloučeniny byly následně biologicky testovány ve skupině prof. Vítězslava Bryji (Masarykova Univerzita, Brno) a prof. Stefana Knappa (Goethe University, Frankfurt), což vedlo k identifikaci chemicko-biologické sondy MU1742. Tuto třídu sloučenin v současnosti dále rozvíjí spin-off společnost CasInvent Pharma. Druhý (hlavní) projekt byl zaměřen na výzkum thieno[3,2,b]pyridinu coby potenciálního centrálního farmakoforu kinázových inhibitorů. Zde jsem připravila knihovnu >150 různě substituovaných thieno[3,2,b]pyridinových derivátů. Bylo zjištěno, že některé sloučeniny v této knihovně vykazují inhibiční aktivitu vůči několika dosud málo prozkoumaným kinázám, jako jsou CDKL, TAF1L a Haspin, jenž byl vybrán jako hlavní cíl tohoto projektu. Sloučeniny byly biologicky testovány ve spolupráci se skupinami dr. Karla Součka (Biofyzikální ústav AV ČR, Brno), prof. Bernharda Küstera (Technická Univerzita Mnichov) a prof. Stefana Knappa (Goethe University, Frankfurt), kde byly provedeny buněčné eseje, profilování metodou Kinobeads a rentgenová krystalografie vybraných sloučenin. Tento proces vyvrcholil identifikací sloučeniny MU1920 – nanomolárního inhibitoru kinázy Haspin s vynikající selektivitou v rámci celého kinomu. Tato sloučenina, spolu s negativní kontrolou, byla nedávno doporučena organizací Structural Genomics Consortium coby „state-of-the-art“ chemicko-biologická sonda pro kinázu Haspin.

Abstract:

My PhD research included two projects where I identified small-molecule inhibitors of selected protein kinases. Some of the newly prepared compounds were found to be potent and highly selective, and can be thus utilized as quality chemical biological probes. In the first project, I worked on the development of synthetic routes leading to tri- and tetra-substituted imidazole derivatives capable of inhibiting Casein Kinase 1 (CK1). In this project, two colleagues and I collaborated to prepare a library of 300 compounds to cover the chemical space around the central pharmacophore and identify a group of highly potent and selective CK1α/δ/ε inhibitors. The compounds were subsequently biologically tested in the group of Prof. Vítězslav Bryja (Masaryk University, Brno) and Prof. Stefan Knapp (Goethe University, Frankfurt), which led to the identification of the chemical biology probe MU1742. This series is currently further developed by the spin-off company CasInvent Pharma. The second (main) project was focused on exploration of the thieno[3,2,b]pyridine as potential basis of kinase inhibitors. Here, I prepared a library of >150 diversely substituted thieno[3,2,b]pyridine derivatives. Some compounds in the library were found to possess inhibitory activity towards several underexplored kinases, such as CDKL, TAF1L, and Haspin, which was selected as the main target of this project. The compounds were biologically tested in collaboration with the groups of Dr. Karel Souček (Institute of Biophysics of the Czech Academy of Sciences, Brno), Prof. Bernhard Küster (Technical University of Munich), and Prof. Stefan Knapp (Goethe University, Frankfurt), who carried out the cell-based assays, Kinobeads profiling and X-ray crystallography of selected compounds. This culminated in the identification of the compound MU1920 – a single-digit nM Haspin inhibitor with exquisite kinome-wide selectivity. This compound, along with the negative control, has been recently recommended by the Structural Genomics Consortium as a state-of-the-art chemical biological probe for the kinase Haspin.

Keywords

CK1, Haspin, CDKL, thieno[3, 2, b]pyridin, imidazol, chemická sonda, protein kináza thieno[3, b]pyridine, imidazole, chemical probe, protein kinase.

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 14. 1. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 20. 2. 2025
• Vedoucí: doc. Mgr. Kamil Paruch, Ph.D.
• Oponent: prof. RNDr. Vladimír Kryštof, Ph.D., Prof. Dr. Marc Nazaré

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Chemie / Organická chemie