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可切断连接基团应用于DNA编码化合物库的苗头化合物的确认 发布时间:2021-06-05

近日,葛兰素史克(以下简称“GSK”)在DNA编码化合物库技术(DELT)的苗头化合物确认上取得重大突破,并成功地应用于receptor-interacting-protein kinase 2 (RIP2)的苗头化合物的确认。该方法能够以DELT筛选结果中快速、高效地确认苗头化合物结构和活性。目前,该成果已发表于ACS Medicinal Chemistry Letters。


 

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图1 ACS Medicinal Chemistry Letters, DOI: 10.1021/acsmedchemlett.1c00156


DNA编码化合物库技术作为一个强大的苗头化合物发现平台,目前已在学术界和工业界得到了非常广泛的运用。该技术的主要工作流程是:库的亲和力筛选、PCR扩增和测序、数据解析、苗头化合物提名、化合物重合成和活性确认。而苗头化合物提名正是根据富集到的DNA序列和相应链接小分子的一一对应关系进行的。值得注意的是,DNA编码化合物库中一条特定的DNA序列实际对应的是一个化学试剂的组合,因此该条序列实际对应的是一个混合物(期望得到的目标产物和一些可能的副反应产物)。为了提高苗头化合物提名的准确性,GSK开发了一种基于可切断基团的on-DNA合成/切断/AS-MS方法,实现了从切断后的混合物中快速高效确认苗头化合物的方法(图2)。另外,该方法也在基于DNA编码化合物技术的receptor-interacting-protein kinase 2 (RIP2)的苗头化合物确认上得到应用和验证。与此同时,GSK还开发了两种可运用于该体系的可切断基团,一种是在光条件下进行切断,另外一种是在酸条件下进行切断的。

 

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图2 基于可切断基团的on-DNA合成/切断/ASMS方法


在炎症治疗领域,对receptor-interacting-protein kinase 2 (RIP2)的直接抑制是一种具有极大潜力的治疗方式。GSK在该领域,广泛地采用HTS筛选技术和DNA编码化合物库技术进行潜在抑制剂的筛选。值得一提的是,在得到基于DNA编码化合物库技术的筛选信息之后,GSK提名的化合物1(图3)(全结构)在最终的活性确认上表现出极低的活性(IC50 > 50 μM)。科学家们猜测,一个很有可能的解释是在第三个维度,80当量的BB3在进行还原胺化的同时进一步发生了对第二维度试剂(BB2)的亲核取代反应,进而生成了化合物2(图3)。进一步的研究表明,化合物2在后续的活性测试中表现出极高的抑制活性(IC50: 6 nM)。并且,基于该结构进一步优化得到的化合物4也成功成为了临床前化合物。 

 

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图3 receptor-interacting-protein kinase 2 (RIP2)的临床前化合物优化


为了验证库合成过程中是否真实存在该副反应,同时也为了进一步规避该风险,GSK设计了基于可切断基团的on-DNA合成/切断/ASMS鉴定方法。首先,现在短链DNA上进行可切断的连接(图4),随后在该可切断基团上依据DNA建库条件对提名的苗头化合物 1(图3)进行合成(图5)。跟猜想一致的是,conjugate 9在还原胺化过程中出现了大量的副反应,有且仅有副产物10a被发现。与此同时,将该样本进行DNA切除,然后进行ASMS检测,最终发现化合物11和12才真正与蛋白结合的化合物。该结论也与之前的验证结果一致

 

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图4  conjugate 7的合成


 

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图5 基于光切断基团的化合物确认


另外,由于以上光切断基团含有硝基,所以该方法在某些结构的验证方面会有一定的局限,特别是苯并咪唑系列结构的验证方面。为此,GSK开发了另一种基于THP的酸切断基团。在后续的苯并咪唑类结构确认过程中,GSK利用该可切断基团成功实现了对化合物21(图6)的确认。

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 图6 基于酸切断基团的化合物确认


综上,GSK开发了一种高效、快捷的DNA编码化合物库苗头化合物确认方法,并且开发了可适用于该体系的基于光切断和基于酸切断的两种可切断基团。

成都先导药物开发股份有限公司是一家从事新药研发的快速发展的生物技术公司,为小分子新药发现建立了一个国际领先的,以DELT/FBDD/SBDD为核心的技术平台。在不久前,美国辉瑞公司联合成都先导在基于项目合作的前提下建立了on-DNA ASMS技术体系,并成功运用于了苗头化合物的快速确认,这跟GSK开发的基于可切断基团的on-DNA合成/切断/ASMS体系一道,极大的拓宽了DNA编码化合物库技术苗头化合物确认的途径和成功率。目前,该工作发表于Bioorganic & Medicinal Chemistry。另外,成都先导还研发完成了基于可切断基团的on-DNA合成/功能性筛选/ASMS验证体系,通过功能性初筛、亲和力筛选确认,精确锁定活性苗头化合物,极大限度的提高苗头化合物确认率。


参考文献:

  1. 1. Bing Xia,* G. Joseph Franklin, Xiaojie Lu, Katie L. Bedard, LaShadric C. Grady, Jennifer D. Summerfield, Eric X. Shi, Bryan W. King, Kenneth E. Lind, Cynthia Chiu, Eleanor Watts, Vera Bodmer, Xiaopeng Bai, and Lisa A. Marcaurelle*.; DNA-Encoded Library hit Confirmation: Bridging the Gap Between On-DNA and Off-DNA Chemistry; ACS Medicinal Chemistry Letters;  DOI: 10.1021/acsmedchemlett.1c00156


  2. 2. Anokha S. Ratnayake, Mark E. Flanagan, Timothy L. Foley, Scott L. Hultgren, Justin Bellenger, Justin I. Montgomery, Manjinder S. Lall, Bo Liu, Tim Ryder, Dominik K. Kölmel, Andre Shavnya, Xidong Feng, Bruce Lefker, Laura J. Byrnes, Parag V. Sahasrabudhe, Kathleen A. Farley, Shi Chen, Jinqiao Wan;Toward the assembly and characterization of an encoded library hit confirmation platform: Bead-Assisted Ligand Isolation Mass Spectrometry (BALI-MS); Bioorganic & Medicinal Chemistry; DOI: 10.1016/j.bmc.2021.116205



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