Ανάπτυξη επιλεκτικών μη στεροειδών αγωνιστών του υποδοχέα των γλυκοκορτικοειδών και αποτίμηση της αντικαρκινικής δράσης τους

Abstract

Glucocorticoids (GCs) are widely used as potent anti-inflammatory drugs; however, GC therapy is often accompanied by adverse side effects. The anti-inflammatory action of GCs is exerted through the glucocorticoid receptor (GR) in part by antagonizing the pro-inflammatory nuclear factor κB (NF-κB) whereas the majority of side effects are assumed to be mediated by transactivation of GR target genes. Development of novel non-steroidal selective GR agonists (SEGRA) favoring transrepression of NF-κB target genes over transactivation of genes associated with undesirable effects could improve the clinical performance of GCs.In the present study we set out to identify non-steroidal selective GR agonists utilizing a virtual screening approach of Ambinter library (7.8 million compounds). Two structurally similar hits (1,3-benzothiazole analogs) were identified that bind to GR, induce its translocation to the nucleus, do not mediate transactivation of GR target genes, whereas partially repress a number of pro-inflammatory NF-Bκ target genes, in a GR-dependent manner. The discovered 1,3-benzothiazole analogs introduce a new class of genuine SEGRA. Evaluation of the action of the new hit compounds as well as of classical GR agonists in specialized models of cancer cells with hyperactivated NF-κB did not reveal anticancer activity.Compound AZD9567, a non-steroidal selective GR agonist, was used in order to study the mechanisms underlying the function of SEGRA. AZD9567 was shown to act as a partial agonist of GR capable of substituting for circulating hydrocortizone at pharmacologically relevant concentrations. Identification of the global transcriptomic profile of compound AZD9567 in mouse macrophages showed that AZD9567, although it does not mediate some of the known actions of glucocorticoids (cell death, fat cell differentiation), mediates many of their classical actions (regulation of circadian rhythm, leukocyte differentiation, inflammatory response) but also different actions (cytokine production, defense response, immune response). Under conditions that elicit an inflammatory response, the anti-inflammatory action of AZD9567 is mediated, at least in part, by the same principal mechanisms involved in the anti-inflammatory activity of classical glucocorticoids. Finally, under the same conditions, compound AZD9567 regulates a set of new genes mainly related to biosynthesis, metabolism and modifications of (macro)molecules. In conclusion, compound AZD9567 mediates common but also different biological processes compared to classical glucocorticoids both in the absence and presence of an inflammatory response and its different transcriptomic profile may account for its improved therapeutic effect.

Τα γλυκοκορτικοειδή χρησιμοποιούνται ευρέως στην κλινική ως ισχυρά αντιφλεγμονώδη φάρμακα, ωστόσο η χρήση τους συνοδεύεται από παρενέργειες. Η αντιφλεγμονώδης δράση των γλυκοκορτικοειδών ασκείται από τον υποδοχέα γλυκοκορτικοειδών (GR) εν μέρει μέσω του ανταγωνισμού της δράσης του πυρηνικού παράγοντα κB (NF-κB), ενώ η πλειονότητα των παρενεργειών θεωρείται ότι προκαλείται από τη ενεργοποίηση των γονιδίων-στόχων του GR. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη νέων επιλεκτικών αγωνιστών του GR που θα διαμεσολαβούν την καταστολή της δράσης του NF-κB αλλά όχι την ενεργοποίηση γονιδίων-στόχων του GR θα μπορούσε να βελτιώσει την κλινική τους χρήση. Στην παρούσα εργασία ταυτοποιήθηκαν μη στεροειδείς επιλεκτικοί αγωνιστές του GR με χρήση εικονικής σάρωσης της χημικής βιβλιοθήκης της Ambinter (7,8 εκατομμύρια ενώσεις). Βιολογική αποτίμηση των επιλεγμένων ενώσεων ανέδειξε δύο νέα δομικά όμοια πρόδρομα μόρια (βενζοθειαζολικά ανάλογα) που συνδέονται με τον υποδοχέα, δεν επάγουν την έκφραση γονιδίων-στόχων του GR και επιλεκτικά καταστέλλουν την επαγωγή συγκεκριμένων προφλεγμονωδών γονιδίων-στόχων του NF-κB. Αποτίμηση της δράσης των νέων πρόδρομων ενώσεων αλλά και κλασικών αγωνιστών του GR σε εξειδικευμένα μοντέλα καρκινικών κυττάρων με υπερνεργοποιημένο NF-κB δεν ανέδειξε αντικαρκινική δράση.Για τη μελέτη των μηχανισμών της δράσης των επιλεκτικών αγωνιστών του GR χρησιμοποιήθηκε ο επιλεκτικός αγωνιστής AZD9567. Δείχθηκε ότι η ένωση AZD9567 είναι μερικός αγωνιστής του GR και μπορεί να υποκαταστήσει πλήρως τη φυσική ορμόνη υδροκορτιζόνη σε φαρμακολογικής σημασίας συγκεντρώσεις. Ταυτοποίηση του συνολικού μεταγραφομικού προφίλ της ένωσης AZD9567 σε μακροφάγα κύτταρα ποντικού έδειξε ότι η ένωση AZD9567 αν και δεν διαμεσολαβεί κάποιες από τις γνωστές δράσεις των γλυκοκορτικοειδών (κυτταρικός θάνατος, διαφοροποίηση λιποκυττάρων), διαμεσολαβεί πολλές από τις κλασσικές δράσεις τους (ρύθμιση του κιρκάδιου ρυθμού, διαφοροποίηση λευκοκυττάρων, φλεγμονώδης απόκριση) αλλά και διαφορετικές δράσεις (παραγωγή κυτοκινών, απόκριση άμυνας, ανοσολογική απόκριση). Η αντιφλεγμονώδης δράση της ένωσης AZD9567 σε συνθήκες πρόκλησης φλεγμονώδους απόκρισης διαμεσολαβείται, τουλάχιστο εν μέρει, από τους ίδιους κύριους μηχανισμούς που εμπλέκονται στην αντιφλεγμονώδη δράση των κλασσικών γλυκοκορτικοειδών. Τέλος, η ένωση AZD9567 παρουσία φλεγμονώδους απόκρισης ρυθμίζει ένα σύνολο νέων γονιδίων που σχετίζονται κυρίως με τη βιοσύνθεση, το μεταβολισμό και τις τροποποιήσεις (μακρο)μορίων. Συμπερασματικά, η ένωση AZD9567 προάγει κοινές αλλά και διαφορετικές βιολογικές διεργασίες σε σχέση με τα κλασσικά γλυκοκορτικοειδή τόσο απουσία όσο και παρουσία φλεγμονώδους απόκρισης και σε αυτό το διαφορετικό μεταγραφομικό προφίλ μπορεί να οφείλεται το βελτιωμένο θεραπευτικό προφίλ της.