Development of new lead-like dual inhibitors of the cdc2-like kinase 1 (Clk1) and dual specificity Y-phosphorylation regulated kinases 1A and 1B (Dyrk1A and Dyrk1B)

Abstract

Dyrk1A, a kinase from the CMGC group of kinases was recently identified as potential drug target for the treatment of Down Syndrome (DS) related Alzheimer’s Disease. Within the present work a combination of ligand- and structure-based inhibitor design was successfully applied to develop new dual inhibitors of Clk1 and Dyrk1A/1B. Two new compound classes were identified and optimised in terms of potency and selectivity for their target kinases. This approach yielded in three lead-like compounds with exceptional small molecular weight and IC50 values of about 100 nM. The good selectivity of the inhibitors was achieved by applying the following strategies: • Establishment of only one hydrogen bond to the hinge region within the ATP pocket • Optimisation of ligand shape and distance of H-bond acceptor groups • Optimisation of the electrostatic complementarity to the kinase ATP pocket The most active compounds showed activity within living cancer cells which was clearly reduced to modulation of some Dyrk1A/1B and Clk1 dependent pathways. Therefore the new inhibitor scaffolds might serve as new leads for the development of new therapeutics for the treatment of neurodegenerative diseases or cancer. In parallel, a MALDI triple quadrupole mass spectrometry based kinase assay platform was established which exhibited excellent performance in terms of reproducibility, robustness and high-speed measurments.

Dyrk1A, eine Kinase aus der Familie der CMGC Kinasen wurde als mögliches Target zur Behandlung der Alzheimer Krankheit bei Down Syndrom Patienten beschrieben. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Kombination aus struktur- und ligandbasiertem Ansatz erfolgreich angewandt, um neue duale Inhibitoren von Clk1 und Dyrk1A/1B zu entwickeln. Zwei geeignete Verbindungsklassen wurden identifiziert, die durch weitere Optimierung drei selektive Inhibitoren der Zielkinasen hervorbrachten. Die Verbindungen zeichnen sich durch eine kleine molare Masse und IC50 Werte im Bereich von 100 nM aus. Deren hohe Selektivität wurde durch die folgenden drei Strategien erreicht: • Verwendung von nur einem Wasserstoffbrückenakzeptor zu der „hinge region“ der ATP-Bindetasche der Kinase • Optimierung des Wasserstoffbrückenakzeptorenabstandes, so wie der Molekül-geometrie der Inhibitoren • Erzeugung elektrostatischer Komplementarität zur ATP Bindetasche Die aktivsten Verbindungen wiesen zelluläre Aktivität in Krebszellen auf. Dieser Effekt konnte eindeutig auf die Modulierung Dyrk1A/Dyrk1B und Clk1 abhängiger Signalwege zurückgeführt werden. Daher können die Verbindungen als neue Leitverbindungen zur Entwicklung von Medikamenten zu Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen und Krebs dienen. Parallel dazu wurde ein auf MALDI-Massenspektrometrie basierender Kinaseassay etabliert, der durch exzellente Leistung in Bezug auf Reroduzierbarkeit, Robustheit und Messgeschwindigkeit überzeugte.