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酸性スフィンゴミエリン酵素の直接かつ特異的な阻害剤である低分子ARC39のin vitroでの特性評価
Characterization of the small molecule ARC39, a direct and specific inhibitor of acid sphingomyelinase in vitro.
PMID: 32156719 PMCID: PMC7269768. DOI: 10.1194/jlr.RA120000682.
抄録
スフィンゴミエリンの加水分解をセラミドとホスホリルコリンに触媒するリソソーム酵素である酸性スフィンゴミエリン酵素（ASM）の阻害は、多くの疾患を制御するための調査ツールまたは治療介入として役立つ可能性がある。特定のASM阻害剤は、現在のところ十分に特徴付けられていない。ここでは、1-アミノデシリデンビスホスホン酸（ARC39）が、in vitroでリソソームおよび分泌性のASMを特異的かつ効率的に（90％以上）阻害することを見出した。また、スフィンゴミエリンホスホジエステラーゼ1()のmRNAとASMタンパク質のレベルを調べた結果、ARC39は培養細胞においてASMの触媒活性を直接阻害することが示唆されましたが、これはASMの機能的阻害剤とは異なるメカニズムです。さらに、ARC39が無傷細胞内のリソソームASMを用量および時間依存的に阻害することを示し、ARC39が腫瘍細胞の血小板およびASMが促進する癒着を減少させることを示した。観察されたARC39の毒性は、in vitroでのASM阻害に関連する濃度では低く、リソソソームコンパートメントを強く変化させたり、リン脂質症を誘発したりすることはなかった。生体内で腹腔内投与した場合、亜毒性の高用量を短期的に投与しても、血漿、肝臓、脾臓、または脳への有意な蓄積はなく、腹膜ラバージの局所的なスフィンゴミエリン蓄積のみが誘導された。これらの所見は、他の化学修飾の可能性も含めて、さらなる検討が必要である。以上の結果から、ARC39はin vitroでASMを強力かつ選択的に阻害することが示され、in vivoでのASM阻害に十分な組織濃度に達することができる化合物の開発の必要性が強調された。
Inhibition of acid sphingomyelinase (ASM), a lysosomal enzyme that catalyzes the hydrolysis of sphingomyelin into ceramide and phosphorylcholine, may serve as an investigational tool or a therapeutic intervention to control many diseases. Specific ASM inhibitors are currently not sufficiently characterized. Here, we found that 1-aminodecylidene bis-phosphonic acid (ARC39) specifically and efficiently (>90%) inhibits both lysosomal and secretory ASM in vitro. Results from investigating sphingomyelin phosphodiesterase 1 () mRNA and ASM protein levels suggested that ARC39 directly inhibits ASM's catalytic activity in cultured cells, a mechanism that differs from that of functional inhibitors of ASM. We further provide evidence that ARC39 dose- and time-dependently inhibits lysosomal ASM in intact cells, and we show that ARC39 also reduces platelet- and ASM-promoted adhesion of tumor cells. The observed toxicity of ARC39 is low at concentrations relevant for ASM inhibition in vitro, and it does not strongly alter the lysosomal compartment or induce phospholipidosis in vitro. When applied intraperitoneally in vivo, even subtoxic high doses administered short-term induced sphingomyelin accumulation only locally in the peritoneal lavage without significant accumulation in plasma, liver, spleen, or brain. These findings require further investigation with other possible chemical modifications. In conclusion, our results indicate that ARC39 potently and selectively inhibits ASM in vitro and highlight the need for developing compounds that can reach tissue concentrations sufficient for ASM inhibition in vivo.
Copyright © 2020 Naser et al. Published by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.