ADP-ribosylaatiota hydrolysoivien entsyymien pienmolekyylisten inhibiittoriyhdisteiden löytäminen ja kehitys

Väitöstutkimuksessa tunnistettiin ja optimoitiin uusia inhibiittoriyhdisteitä ihmisen ARH3-entsyymille ja Chikungunya-viruksen makrodomeenille. Lisäksi väitöstyön osajulkaisussa valmistetun yhdisteen avulla osoitettiin ensimmäistä kertaa, että SARS-CoV-2-viruksen makrodomeeni 1 on lääkeainekohde, johon voidaan kohdistaa kemiallisia yhdisteitä halutun lääkinnällisen vaikutuksen saavuttamiseksi. Nämä havainnot paljastavat aiemmin tutkimattomia terapeuttisia mahdollisuuksia ADP‑ribosylaation biologiassa.

ADP-ribosylaatio on eliökunnassa laajasti esiintyvä, reversiibeli proteiinimodifikaatio, joka vaikuttaa moniin solun toimintoihin, kuten immuunipuolustukseen ja DNA:n korjaukseen. Modifikaation poistosta vastaavat makrodomeeneja sisältävät proteiinit sekä ADP-ribosyylihydrolaasit. Esimerkiksi DNA-vauriokohdissa ADP-ribosylaatio toimii merkkinä korjaussignaloinnin käynnistymiselle, minkä jälkeen muokkaus on poistettava ajoissa. Myös eräät virukset kykenevät puolustautumaan isäntäsolun immunologista ADP-ribosylaatiota vastaan poistamalla tämän muokkauksen. Entsyymeille, jotka hydrolysoivat ADP-ribosylaatiota, tunnetaan kuitenkin vain rajallinen määrä inhibiittorimolekyylejä, vaikka tällaiset yhdisteet voivat toimia arvokkaina kemiallisina koettimina.

Väitöskirja käsittelee kolmen ADP-ribosylaatiota hydrolysoivan entsyymin inhibiittoriyhdisteiden löytämistä ja kehittämistä. Näitä entsyymejä olivat ihmisen ARH3, SARS-CoV-2-viruksen makrodomeeni 1 sekä Chikungunya-viruksen makrodomeeni. Potentiaalisia inhibiittoreita tunnistettiin suurtehoseulonnalla hyödyntäen fluoresenssi-resonanssienergiansiirtoon perustuvaa tutkimusmenetelmää. Tunnistettujen yhdisteiden ominaisuuksia optimoitiin rakenteellisten analogien avulla, jotka hankittiin kaupallisilta toimittajilta tai valmistettiin synteettisesti tutkimustyön yhteydessä.

Väitöskirja sisältää synteesimenetelmät 62 yhdisteelle, jotka edustavat kolmea selvästi toisistaan poikkeavaa kemiallista rakenneluokkaa. Esitettyjä menetelmiä voidaan soveltaa entistä tehokkaampien kemiallisten koettimien kehittämiseen. Lisäksi työssä esitellään proteiinikristallografian avulla saatuja proteiini–inhibiittorikiderakenteita, jotka tukevat rakennepohjaista optimointia kohti tulevaisuuden lääkeaineita.