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Synthesis and investigation of 2-substituted hetero-/arylacetic acids as bottom groups for selective inhibitors of the FK506-binding protein 51 (FKBP51)

Knaup, Fabian Henrik (2023)
Synthesis and investigation of 2-substituted hetero-/arylacetic acids as bottom groups for selective inhibitors of the FK506-binding protein 51 (FKBP51).
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00023707
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

In recent years the FK506-binding protein 51 (FKBP51) has emerged as a potential target for treating depression, chronic pain, or diabetes. The first selective FKBP51 inhibitors, SAFit1 and SAFit2, contain a crucial cyclohexyl group in the bottom group section, enabling selectivity over the closest homolog FKBP52. After discovering these lead compounds, all structure-based optimizations were conducted in the context of the cyclohexyl group for inducing selectivity for FKBP51. Therefore, first, different approaches for synthesizing 2,2-disubstituted acetic acids were investigated, and the respective SAFit1 analogs were analyzed by structure-affinity relationships. During the structure-based optimization of the SAFit bottom group to enhance the overall physicochemical properties and metabolic stability, a thiophene scaffold was identified that could enable selectivity for FKBP51. For the first time since the discovery of the SAFit ligands, a suitable replacement for the highly efficient cyclohexyl motif was identified. Additionally, thiophene-containing SAFit analogs have a high binding affinity for FKBP51 and can discriminate between FKBP51 and its closest homolog, FKBP52. The co-crystal structures of those analogs also revealed that the novel scaffold enables selectivity by binding to the previously identified transient binding pocket, which is characterized by the displacement of the phenylalanine residue in position 67 towards the solvent phase. Moreover, besides high binding affinity and selectivity for FKBP51, the most promising SAFit2 analog 68b of this series also possesses an acceptable pharmacokinetic profile in-vivo. As a result, the thiophene-containing SAFit2 analogs are promising tool compounds for investigating FKBP51 in animal models.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2023
Autor(en): Knaup, Fabian Henrik
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Synthesis and investigation of 2-substituted hetero-/arylacetic acids as bottom groups for selective inhibitors of the FK506-binding protein 51 (FKBP51)
Sprache: Englisch
Referenten: Hausch, Prof. Dr. Felix ; Kolmar, Prof. Dr. Harald
Publikationsjahr: 2023
Ort: Darmstadt
Kollation: IX, 257 Seiten
Datum der mündlichen Prüfung: 17 April 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00023707
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/23707
Kurzbeschreibung (Abstract):

In recent years the FK506-binding protein 51 (FKBP51) has emerged as a potential target for treating depression, chronic pain, or diabetes. The first selective FKBP51 inhibitors, SAFit1 and SAFit2, contain a crucial cyclohexyl group in the bottom group section, enabling selectivity over the closest homolog FKBP52. After discovering these lead compounds, all structure-based optimizations were conducted in the context of the cyclohexyl group for inducing selectivity for FKBP51. Therefore, first, different approaches for synthesizing 2,2-disubstituted acetic acids were investigated, and the respective SAFit1 analogs were analyzed by structure-affinity relationships. During the structure-based optimization of the SAFit bottom group to enhance the overall physicochemical properties and metabolic stability, a thiophene scaffold was identified that could enable selectivity for FKBP51. For the first time since the discovery of the SAFit ligands, a suitable replacement for the highly efficient cyclohexyl motif was identified. Additionally, thiophene-containing SAFit analogs have a high binding affinity for FKBP51 and can discriminate between FKBP51 and its closest homolog, FKBP52. The co-crystal structures of those analogs also revealed that the novel scaffold enables selectivity by binding to the previously identified transient binding pocket, which is characterized by the displacement of the phenylalanine residue in position 67 towards the solvent phase. Moreover, besides high binding affinity and selectivity for FKBP51, the most promising SAFit2 analog 68b of this series also possesses an acceptable pharmacokinetic profile in-vivo. As a result, the thiophene-containing SAFit2 analogs are promising tool compounds for investigating FKBP51 in animal models.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

In den letzten Jahren hat sich das FK506-bindende Protein 51 (FKBP51) als Zielprotein für die Behandlung von stressbedingten Krankheiten z.B. chronischen Schmerzen, Diabetes oder Depressionen erwiesen. Die ersten selektiven FKBP51-Inhibitoren, SAFit1 und SAFit2, enthalten eine Cyclohexylgruppe im Bereich der bottom group, die die Selektivität gegenüber dem nächsten Homologen FKBP52 ermöglicht. Im Kontext dieser Leitverbindungen wurden alle strukturbasierten Optimierungen mit der Cyclohexylgruppe durchgeführt, um eine Selektivität für FKBP51 zu erreichen. Daher wurden zuerst verschiedene Ansätze zur Synthese von 2,2-disubstituierten Essigsäuren untersucht und die entsprechenden SAFit1-Analoga durch Struktur-Affinitätsbeziehungen analysiert. Während der strukturbasierten Optimierung der SAFit bottom group zur Verbesserung der physikalisch-chemischen Eigenschaften und der metabolischen Stabilität wurde ein Thiophen-Baustein identifiziert, der Selektivität für FKBP51 ermöglichen konnte. Zum ersten Mal seit der Entdeckung der SAFit-Liganden wurde ein geeigneter Ersatz für das hocheffiziente Cyclohexyl-Motiv gefunden. Darüber hinaus weisen thiophenhaltige SAFit-Analoga eine hohe Bindungsaffinität für FKBP51 auf und können zwischen FKBP51 und seinem engsten Homologen, FKBP52, unterscheiden. Die Co-Kristallstrukturen dieser Analoga zeigten zudem, dass der neuartige Baustein Selektivität ermöglicht, indem es an die zuvor identifizierte transiente Bindungstasche bindet, die sich nach der Verdrängung von Phe67 in FKBP51 bildet. Darüber hinaus besitzt das vielversprechendste SAFit2-Analog 68b dieser Reihe neben einer hohen Bindungsaffinität und Selektivität für FKBP51 auch ein akzeptables pharmakokinetisches Profil in vivo. Somit sind die thiophenhaltigen SAFit2-Analoga vielversprechende Verbindungen für die Untersuchung von FKBP51 in Tiermodellen.

Deutsch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-237078
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Clemens-Schöpf-Institut > Fachgebiet Biochemie
Hinterlegungsdatum: 27 Apr 2023 12:06
Letzte Änderung: 28 Apr 2023 05:26
PPN:
Referenten: Hausch, Prof. Dr. Felix ; Kolmar, Prof. Dr. Harald
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 17 April 2023
Export:
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