プロテアーゼに焦点を当てたDNAコード化化学物質ライブラリーから強力なトロンビン阻害剤を発見しました

Discovery of potent thrombin inhibitors from a protease-focused DNA-encoded chemical library.

• Surendra Dawadi
• Nicholas Simmons
• Gabriella Miklossy
• Kurt M Bohren
• John C Faver
• Melek Nihan Ucisik
• Pranavanand Nyshadham
• Zhifeng Yu
• Martin M Matzuk

抄録

DNA エンコードされた化学ライブラリは、増幅可能な識別バーコードとして機能するユニークな DNA タグに個別に結合された化合物の集合体です。スプリットアンドプールのコンビナトリアル合成とユニークなコード化DNAオリゴマーのライゲーションを組み合わせることで、数百万～10億メンバーのライブラリーを合成し、数百のヘルスケアターゲットスクリーンで使用することができます。一般的に、構造的多様性と望ましい分子特性の範囲は、DNAエンコード化学ライブラリの設計の指針となるが、最近の報告では、タンパク質ターゲットのクラスに合わせて構造的に偏った、焦点を絞ったDNAエンコード化学ライブラリの有用性が強調されている。ここでは、保存された触媒的プロテアーゼ残基に関与することが知られているケモタイプを利用して、プロテアーゼに焦点を当てたDNA-エンコードされたケミカルライブラリーを設計した。この3サイクルライブラリは、プロテアーゼ触媒トリアドのアスパラギン酸と強く相互作用するグアニジンなどの機能性部位だけでなく、スルホンアミド、尿素、カルバミン酸などの穏やかな求電子化剤を特徴としています。私たちは、アミン類のグアニジニル化とニトリル類の還元反応のためのDNA適合性の高い方法を開発しました。これらの最適化された反応を用いて、980万個のDNAコード化された化学物質ライブラリーを構築した。このライブラリーを一般的なプロテアーゼであるトロンビンとの親和性選択により、多くの濃縮された特徴が明らかになり、最終的には1 nMのトロンビン阻害剤を発見することができた。このように、構造的に焦点を絞った DNA エンコード化学ライブラリは、感染症（重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2）や関連するヘルスケア疾患（男性の避妊など）に不可欠な機能を持つターゲット（プロテアーゼなど）の迅速な創薬のために、臨床的に有用な高親和性のヒット化合物を見つけることができる可能性を秘めていると考えられます。

DNA-encoded chemical libraries are collections of compounds individually coupled to unique DNA tags serving as amplifiable identification barcodes. By bridging split-and-pool combinatorial synthesis with the ligation of unique encoding DNA oligomers, million- to billion-member libraries can be synthesized for use in hundreds of healthcare target screens. Although structural diversity and desirable molecular property ranges generally guide DNA-encoded chemical library design, recent reports have highlighted the utility of focused DNA-encoded chemical libraries that are structurally biased for a class of protein targets. Herein, a protease-focused DNA-encoded chemical library was designed that utilizes chemotypes known to engage conserved catalytic protease residues. The three-cycle library features functional moieties such as guanidine, which interacts strongly with aspartate of the protease catalytic triad, as well as mild electrophiles such as sulfonamide, urea, and carbamate. We developed a DNA-compatible method for guanidinylation of amines and reduction of nitriles. Employing these optimized reactions, we constructed a 9.8-million-membered DNA-encoded chemical library. Affinity selection of the library with thrombin, a common protease, revealed a number of enriched features which ultimately led to the discovery of a 1 nM inhibitor of thrombin. Thus, structurally focused DNA-encoded chemical libraries have tremendous potential to find clinically useful high-affinity hits for the rapid discovery of drugs for targets (e.g., proteases) with essential functions in infectious diseases (e.g., severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) and relevant healthcare conditions (e.g., male contraception).

Copyright © 2020 the Author(s). Published by PNAS.