Ανάπτυξη βιοδραστικών ενώσεων έναντι χρόνιων φλεγμονωδών νόσων στοχεύοντας την ενεργοποίηση παθογόνων ινοβλαστών

Abstract

Fibroblasts play a crucial role in regulating inflammation, fibrosis, and cancer. Today, more than 50% of all deaths are attributed to inflammation-related diseases, while fibrotic diseases contributed to 17.8% in 2019. In terms of cancer, there were 9.7 million cancer-related deaths worldwide in 2022. Targeting fibroblast activation in these complex diseases has recently emerged as a novel approach to restore tissue homeostasis. In this study, we present a multidisciplinary approach for the discovery of small molecule lead compounds that inhibit pathogenic fibroblast activation. Our research involves initially the design and synthesis of novel bioactive compounds through exploration of extensive structure-activity relationship (SAR) and bioisosterism studies. The resulting benzamide derivatives were initially screened for their anti-inflammatory activity using phenotypic assays, while the biopharmaceutical properties (ADMET) of the most promising compounds were evaluated in vitro. To this end, robust synthetic procedures which are amenable to the parallel synthesis of derivatives were designed and applied, while our screening pipeline allowed us to discriminate key structural components against deactivating fibroblasts, to refine atoms or groups that favor a desirable ADMET profile, as well as to identify metabolic “hot-spots” of the new pharmacophore. Furthermore, the mechanism of action of the compounds was investigated by employing innovative cutting-edge techniques, such as chemoproteomics and RNA sequencing, followed by target validation experiments. In addition, preliminary pharmacokinetic and in vivo evaluation studies were performed for the most optimized derivatives. Notably, the current PhD thesis brings to light the first-in-class inhibitors for HYOU1 protein, a member of the HSP70 family linked to cellular stress responses. Therefore, targeting HYOU1 could offer a tractable approach to modulate fibroblast activation and address chronic inflammatory and fibrotic conditions.

Οι ινοβλάστες διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη ρύθμιση της φλεγμονής, της ίνωσης και του καρκίνου. Σήμερα, περισσότερο από το 50% όλων των θανάτων αποδίδονται σε νόσους που σχετίζονται με τη φλεγμονή, οι ινοπολλαπλασιαστικές ασθένειες μόνο το 2019 συνέβαλαν στο 17.8% της θνητότητας παγκοσμίως, ενώ το 2022 σημειώθηκαν 9.7 εκατομμύρια θάνατοι συσχετιζόμενοι με τον καρκίνο. Η στόχευση της ενεργοποίησης των ινοβλαστών σε αυτές τις πολυπαραγοντικές ασθένειες έχει πρόσφατα αναδειχθεί ως μια νέα προσέγγιση για την αποκατάσταση της ομοιόστασης των ιστών. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται μια διεπιστημονική μέθοδος ανακάλυψης ενώσεων-οδηγών μικρού μοριακού βάρους που αναστέλλουν την παθογόνο ενεργοποίηση των ινοβλαστών. Η έρευνα μας περιλαμβάνει το σχεδιασμό και τη σύνθεση νέων βιοδραστικών αναλόγων μέσω διερεύνησης εκτεταμένων μελετών σχέσεων δομής-δράσης και (βιο)ισοστερισμού. Τα προκύπτοντα βενζαμιδικά παράγωγα εξετάστηκαν ως προς την αντιφλεγμονώδη δράση τους χρησιμοποιώντας φαινοτυπικές δοκιμασίες, ενώ οι βιοφαρμακευτικές ιδιότητες των πιο υποσχόμενων ενώσεων αξιολογήθηκαν in vitro. Με τoν σχεδιασμό και τη χρήση αποτελεσματικών συνθετικών πορειών που επιτρέπουν τη παράλληλη σύνθεση των νέων βενζαμιδίων, η προσσέγισή μας ήταν σε θέση να αναδείξει βασικά δομικά συστατικά που επηρεάζουν την απενεργοποίηση των ινοβλαστών, να διακρίνει άτομα ή ομάδες που ευνοούν ένα επιθυμητό προφίλ ADMET, καθώς και να εντοπίσει μεταβολικά ευαίσθητες/ασταθείς ομάδες του νέου φαρμακοφόρου. Στη συνέχεια, έγινε αναζήτηση του μηχανισμού δράσης των ενώσεων με χρήση διαφόρων καινοτόμων τεχνολογιών αιχμής, όπως η χημειοπρωτεομική και η ανάλυση αλληλουχίας RNA, ακολουθούμενων από πειράματα επικύρωσης πρωτεϊνών-στόχων. Για τα πιο βελτιστοποιημένα παράγωγα πραγματοποιήθηκαν στη συνέχεια προκαταρκτικές μελέτες φαρμακοκινητικής και in vivo αξιολόγησης. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει την ανάπτυξη της πρώτης σειράς αναστολέων της πρωτεΐνης HYOU1, ένα μέλος της οικογένειας HSP70 που συνδέεται με τις κυτταρικές αποκρίσεις σε συνθήκες στρες. Η στόχευση της HYOU1 θα μπορούσε αποτελέσει μια νέα προσέγγιση για τη ρύθμιση της ενεργοποίησης των παθογόνων ινοβλαστών και την αντιμετώπιση χρόνιων φλεγμονωδών και ινωτικών καταστάσεων.