C4-pep羧化酶的选择性抑制的制作方法_5

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[0216]其中R6、R7、R8、R9、R1Q、R11、R12、R13、R14和R15彼此独立选自下列基团:H、0H、羧酸、 酯、烷基、烷氧基和卤素,更优选其中R6、R7、R8、R9和Rw中至少一个为0H。
[0217] 6.实施方案5的用途,其中b为双键,所述化合物具有下列结构:
[0218]
[0227] 11.实施方案1或2的用途,其中在式(II)中,Y2为0,其中r为1并且其中q和 s为0,所述化合物具有下列结构:
[0228]
[0229] 12.实施方案1或2的用途,其中在式(II)中,其中r为0并且其中q和s为1, 所述化合物具有下列结构:
[0230]
[0231] 13.实施方案 11 或 12 的用途,其中 R°4、R°7、R_、R°?、R°9和 R°12为H。
[0232] 14.实施方案11 一 13中任一项的用途,其中Y1为(S( = 0)2)。
[0233] 15?实施方案11 - 13中任一项的用途,其中Y1为(S( = 0))。
[0234] 16?实施方案11 - 13中任一项的用途,其中Y1为(C( = 0))。
[0235] 17.实施方案11 - 16中任一项的用途,其中R°5、R°6、R°5#、1?_为0H。
【附图说明】:
[0236] 图.1 :源自各种C3和C4植物的PEP羧化酶的局部比对。表明了 C3 PEP羧化酶 中保存的精氨酸残基和C4 PEP羧化酶中保存的甘氨酸残基。根据普林格黄花菊和黄花菊 编号。
[0237] 图.2 :紫铆因对C4-PEPC的选择性抑制。测定了在一系列紫铆因浓度下的C4 PEPC的活性。通过对每一个浓度一式三份测定的数据确定了紫铆因对C4 PEPC的最大半数 (50% )抑制剂浓度(IC50)。在该图中也指明了在紫铆因对于C4酶的IC50浓度下的相应 的C3 PEPC活性。
[0238] 图.3 :邻苯二酚紫对C4-PEPC的选择性抑制。测定了在一系列邻苯二酚紫浓度下 的C4 PEPC的活性。通过对每一个浓度一式三份测定的数据确定了邻苯二酚紫对C4 PEPC 的最大半数(50% )抑制剂浓度(IC50)。在该图中也指明了在邻苯二酚紫对于C4酶的IC50 浓度下的相应的C3 PEPC活性。
[0239] 图.4 :1_(3' -羧基-4' -羟基苯基)-2-(2,5-二羟基苯基(乙烯)对C4-PEPC 的选择性抑制。测定了在一系列1_(3' -羧基-4' -羟基苯基)-2-(2,5-二羟基苯基(乙 烯)浓度下的C4 PEPC的活性。通过对每一个浓度一式三份测定的数据确定了 1-(3' -羧 基-4'-羟基苯基)-2-(2, 5-二羟基苯基(乙烯)对C4 PEPC的最大半数(50%)抑制剂浓 度(IC50)。在该图中也指明了在1-(3' -羧基-4' -羟基苯基)-2-(2, 5-二羟基苯基(乙 烯)对于C4酶的IC50浓度下的相应的C3 PEPC活性。
[0240] 图.5 :2_(3, 4-二羟基苯基)_6, 7-二甲氧基喹喔啉(非本发明化合物)对 C4-PEPC的抑制。测定了在一系列2- (3, 4-二羟基苯基)-6, 7-二甲氧基喹喔啉浓度下的C4 PEPC的活性。通过对每一个浓度一式三份测定的数据确定了 2-(3, 4-二羟基苯基)-6, 7-二 甲氧基喹喔啉对C4 PEPC的最大半数(50%)抑制剂浓度(IC50)。在该图中也指明了在 2- (3, 4-二羟基苯基)-6, 7-二甲氧基喹喔啉对于C4酶的IC50浓度下的相应的C3 PEPC活 性。
[0241] 图? 6 :儿茶酸(非本发明化合物)对C4-PEPC的抑制。测定了在一系列儿茶酸浓 度下的C4 PEPC的活性。通过对每一个浓度一式三份测定的数据确定了儿茶酸对C4 PEPC 的最大半数(50% )抑制剂浓度(IC50)。在该图中也指明了在儿茶酸对于C4酶的IC50浓 度下的相应的C3 PEPC活性。
[0242] 图.7 :PEPC中变构空间反馈抑制剂结合位点(苹果酸酯结合位点)的相互比对。 (A) C4-PEPC(黄花菊)的抑制剂-结合位点。(B) C3-PEPC(普林格黄花菊)的抑制剂结合 位点。残基Arg641、Lys829、Arg888和Asn964已经被鉴定为苹果酸酯-结合域(binding motif)。在C3-PEPC中,Arg884为抑制剂结合提供了额外的氢键。在C4-PEPC中,该残基 被甘氨酸取代,其距离抑制剂分子6. 9赢.。结合的反馈抑制剂位于结合位点和标记的Aspl 的中央位置。采用LIGPLOT(Wallace等,1995)制图。
[0243] 图.8 :C4_型PEPCs的变构空间反馈抑制剂结合位点(苹果酸酯结合位点)。残基 Arg641、Lys829、Arg888和Asn964(黄菊属(Flaveria)编号)已经被鉴定为苹果酸酯-结 合域(binding motif)。在C3-PEPC中(参见图7B),Arg884为抑制剂结合提供了额外的 氢键。在C4-PEPC中,该残基被甘氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸或谷氨酸盐取代(参见Paulus 等,2013a和2013b)。结合的反馈抑制剂位于结合位点和标记的Aspl的中央位置。采用 LIGPLOT(WalIace 等,1995)制图。
[0244] 下列实施例仅用于说明本发明。它们不应被视为是对本发明范围的限定。
[0245] 实施例1 :
[0246] 源自普林格黄花菊或黄花菊的组氨酸标记的PEP羧化酶在大肠杆菌(E. coli)中 异源表达,通过固相金属亲和色谱(IMAC)纯化。C3(普林格黄花菊)和C4(黄花菊)PEP羧 化酶的晶体通过极小批蒸汽扩散获自纯化的蛋白。晶体通过同步加速放射分析,PEPC结构 采用XDS、coot和CCP4套盒(suite)通过分子置换的衍射数据确定(Kabsch,2010 ;Emsley 等 2004 ;CCP4,1994)。
[0247] 源自普林格黄花菊(PDB编码:3ZGB)或黄花菊(PDB编码:3ZGE)的PEP羧化酶的 晶体结构通过PyMOL的比对算法进行叠加(DeLano, 2002),该算法进行BLAST-样(like) BL0SUM62-加权的动态序列比对(dynamic programming sequence alignment),然后进行 一系列旨在通过消除高相对变异性的配对而改善拟合的优化循环(refinement cycles)。 对比对的晶体结构中的苹果酸酯结合位点进行目测,观察结合的天冬氨酸酯抑制剂周围 10 - 15玉的区域内的结构差异。通过该比对,鉴别位置884中的结构差异。普林格黄花菊 的C3型PEP羧化酶在该位置具有多个精氨酸侧链,而黄花菊的C4型PEP羧化酶在相应的 位置携有小的甘氨酸残基。
[0248] C4 PEP羧化酶的可能的选择性抑制剂通过虚拟药物筛选(VDS,Virtual Drug Screening)方法采用下列选择:程序PyRX(Wolf,2009)、标准化合物库(ChemBank、NCI数 据库、KEGG数据库)、植物代谢物组数据库收集的资料库以及普林格黄花菊和黄花菊的PEP 羧化酶的高分辨晶体结构。
[0249] 具体地讲,鉴定了表3和表4以及图5和图6中所示的C4 PEP羧化酶的选择性抑 制剂。
[0250] 实施例2 :选择的化合物的选择性抑制的确证
[0251 ] 选自VDS的化合物对源自普林格黄花菊和黄花菊的纯化的PEP羧化酶的抑制通过 采用苹果酸酯脱氢酶的分光光度偶联测定法监测,该酶能够减少通过PEP羧化酶对苹果酸 酯的作用而形成的丁酮二酸酯。随后于340nm采用标准光学设备对NADH同时进行氧化。在 偶联测定中改变选自VDS的抑制剂的浓度以确定最大半数抑制浓度(IC50)。
[0252]采用紫铆因和邻苯二酸紫(pyrocatchol violet),获得图?2和3中所示的C3和 C4酶的PEP羧化酶活性的抑制。采用1- (3' -羧基-4' -羟基苯基)-2- (2, 5-二羟基苯基 (乙烯),获得图.4中所示的C3和C4酶的PEP羧化酶活性的抑制。其它结果如表3和表 4所示。在PCT/EP2012/076648中早先描述的混合物的对比实施例如图5和6所示。
[0253] 实施例3 :在天然反馈抑制剂苹果酸酯存在或不存在的情况下测定C4-选择性抑 制剂的结合常数
[0254] 黄花菊的PEPC对于公认的C4-选择性抑制剂的解离常数(Kd)(详情参见下表) 可以通过微热泳(MST,Duhr 和 Braun,2006;Jerabek_Willemsen 等,2011)采用整体式 NT. 115 (NanoTemper Technologies,Munich,Germany)测定。在天然反馈抑制剂苹果酸酯 (20mM)存在或不存在的情况下进行测定以便于使得或者保护C4-选择性抑制剂能够与变 构空间苹果酸酯反馈抑制剂位点结合。
[0255] 将纯化的蛋白在50禮磷酸钾(?117.6)、1501111似(:1、0.05%吐温20中缓冲,根据 生产商的说明书米用NT-547-马来酰亚胺(NanoTemper Technologies)标记。将高浓度的 化合物溶于有机溶剂(例如DMS0、丙酮或乙醇)或水缓冲液中。
[0256] 为进行MST测定,将储备溶液采用蛋白质缓冲液(50mM磷酸钾(pH7. 6)、150mM NaCl、0. 05%吐温20)稀释。采用上述溶剂在16稀释步骤中制备1:1系列稀释液。将IOy I 化合物稀释液与10 y 1蛋白溶液混合,填充到毛细管中。第一个毛细管中化合物浓度最高, 下一个毛细管中按1:1的稀释度逐渐降低。根据协同结合模型拟合数据。
[0257] 表1.通过微热泳在结合实验中测试物质
[0258] 紫铆因
[0259] 刺槐因
[0260] 白皮杉醇
[0261] 反式-1-(3' -駿基_4' -羟基苯基)_2_ (2, 5_二羟基苯基)乙稀
[0262] 邻苯二酚紫
[0263] 掊因
[0264] 甲酯红
[0265] 铬氰蓝R
[0266] 参考文献:
[0267]协同计算项目(Collaborative Computational Project),编号 4(1994),CCP4 套 盒:蛋白晶体学程序(Programs for Protein Crystallography)。Acta Cryst.D50,760 - 763.
[0268] DeLano, WL,(2002) PyMOL 分子图形系统(The PyMOL Molecular Graphics System),DeLano Scientific,San Carlos,CA,USA.
[0269] Doyle, JR, Burnell, JN, Haines, DS, Llewellyn, LE, Motti, CA 和 Tapiolas, DM(2005)检测作为C4植物选择性除草剂的丙酮酸正磷酸盐二激酶的抑制剂的快速筛 选方法(A Rapid Screening Method to Detect Specific Inhibitors of Pyruvate Orthophosphate Dikinase as Leads for C4Plant_Selective Herbicides). J Biomol Screen 10:67 - 75.
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[0271] Durrant,JD,Amaro, RE 和 McCammon,JA (2009)自动生长:一种新的蛋白质抑制剂 设计的算法(AutoGrow: A Novel Algorithm for Protein Inhibitor Design). Chemical Biology&Drug Design 73(2):168 - 178.
[0272] Emsley,P和Cowtan,K(2004)Coot:分子图形的模型建设工具 (Coot:modeI-building tools for molecular graphics). Acta Crystallographica Section D-Biological Crystallography 60:2126 - 2132Part 12Sp.Iss.
[0273] Jenkins,CLD,Harris,RLN 和 McFadden,HG (1987) 3, 3-二氯代-2-二
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