BIVALENT SFTI-I INHIPITOR : การสังเคราะห์ และสมบัติต่อต้าน HUMAN-B-TRYPTASE

Abstract

human β-tryptase Key words: Bowman-Birk protease inhibitor; sunflower trypsin inhibitor-1 (SFTI-1) bivalent sunflower trypsin inhibitor-1(bivalent SFTI-1) drug design. Asthma is one of the most serious of allergic and common chronic diseases, affecting more than 300 million people throughout the world. It can be caused by many factors; for example exhaust gas, pollen grain, chemical irritation, etc. Human-β-tryptase is the most abundant secretory granule-derived serine proteinase found in mast cells. Its structure is composed of four equivalent monomers arranged in a square ring. Human-β-tryptase is released once mast cell is activated mainly as a result of certain allergic and inflammatory disorders. Currently, many efforts have been made in exploring human-β-tryptase inhibitor, one of which is the use of bivalent inhibitor; both organic small molecules and peptidic inhibitors. This is widely believed that one molecule of bivalent inhibitor can reversibly bind two active sites of human-β-tryptase molecule, which in turn lower the activity of human-β-tryptase. SFTI-I (sunflower trypsin inhibitor-1) is so far classified as the smallest BBIs (Bowman-Birk inhibitors), composed of 14 amino acids together with disulfide bond and also known as one of the most important human-β- tryptase inhibitors. The aim of this project is to explore the synthetic approach of bivalent SFTI-I inhibitor via solid phase peptide synthesis strategy. As seen from the proposed bivalent SFTI-I inhibitor, its structure is composed of 2 inhibitory loops. The great advantage of bivalent SFTI-I is that one molecule of bivalent SFTI-I inhibitor can reversibly bind to two active sites of human-β-tryptase, resulting in the increase of the inhibitory activity (low KRiR). To our bivalent SFTI-I synthetic strategy, tartaric acid will be employed as the core of the bivalent SFTI-I molecule to be able to creating the bivalent structure (as shown in figure above). According to SFTI-I inhibitory activity against human-β-tryptase (KRi R= low nM), it is likely that our proposed bivalent SFTI-I inhibitor could enhance an inhibitory activity. Lastly, the utilization of bivalent SFTI-I inhibitor as a template for the synthesis of human-β-tryptase inhibitor could be one of the most challenging synthetic strategies for the synthesis of human-β-tryptase inhibitor. Key words: Bowman-Birk protease inhibitor; sunflower trypsin inhibitor-1 (SFTI-1) bivalent sunflower trypsin inhibitor-1(bivalent SFTI-1) drug design

โรคหอบหิด (asthma) เป็นโรคที่ได้ส่งผลกระทบต่อประชาชนทั่วโลก โดยในขณะนี้จากข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับโรคหอบหืด พบว่า มีผู้ป่วยด้วยโรคนี้อยู่มากกว่า 300 ล้านคนทั่วโลก สาเหตุของโรคหอบหืดพบว่า เกิดจากไอเสียและมลภาวะต่างๆ อาทิ ไรฝุ่น ละอองเกสรดอกไม้ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้โรคนี้แพร่กระจายเพิ่มมากขึ้น Human-β-tryptase เป็นเอ็นไซม์ตัวหนึ่งที่สำคัญในกระบวนการก่อโรคหอบหืด โดยจัดอยู่ในกลุ่ม serine protease ลักษณะที่สำคัญของเอ็นไซม์ชนิดนี้คือ มีลักษณะโครงสร้างแบบ tetrameric โดย human-β-tryptase จะถูกปล่อย เมื่อ mast cell ได้รับการกระตุ้นด้วยสาเหตุต่างๆ ที่ทำให้เกิดการแพ้ โดยในปัจจุบันมีการสังเคราะห์สารที่ใช้การยับยั้งการทำงานของ human-β-tryptase โดยหนึ่งในนั้นคือการสังเคราะห์ bivalent inhibitor ทั้งที่เป็นแบบ small molecule และ peptidic inhibitor โดยในกรณีนี้หนึ่งในโมเลกุลของ inhibitor จะจับกับบริเวณเร่งของ human β-tryptase ถึง 2 ตำแหน่ง ซึ่งจะส่งผลโดยตรงต่อการเพิ่มความสามารถในการยับยั้งการทำงานของ human β-tryptase ซึ่งหนึ่งใน human β-tryptase inhibitor ที่สำคัญคือ SFTI-I (sunflower trypsin inhibitor-1) ซึ่งถูกจัดว่าเป็น BBIs (Bowman-Birk inhibitor) ที่มีขนาดเล็กที่สุดที่พบในธรรมชาติ โดยโครงสร้างประกอบไปด้วยกรดอะมิโน 14 ตัว และมีพันธะซัลไฟด์ (disulfide bond) อยู่ภายในโมเลกุล โดยในการวิจัยนี้มีความสนใจที่จะสังเคราะห์ bivalent SFTI-I inhibitor โดยอาศัยวิธีทางเคมีที่เรียกว่า solid phase peptide synthesis โดยโครงสร้างของ bivalent SFTI-I inhibitor ประกอบด้วยส่วนที่สำคัญ คือ 2 inhibitory loop ซึ่งจะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพในการยับยั้งการทำงานของ human-β-tryptase กล่าวคือ หนึ่งโมเลกุลของ bivalent SFTI-I inhibitor สามารถที่จะจับตัวกับ 2 active site ของ human β-tryptase โดยในการสังเคราะห์ bivalent SFTI-I inhibitor ในงานวิจัยชิ้นนี้จะมีการใช้กรดทาร์ ทาริก (tartaric acid) เป็นแกนที่ใช้ในการสร้าง bivalent (ดังแสดงในโครงสร้างด้านบน) จากความสามารถในการยับยั้งการทำงานของ human β-tryptase ในระดับที่สูงของ SFTI-I (K1 = low nM) จึงมีความเป็นไปได้อย่างยิ่งว่าการสร้าง bivalent SFTI-I inhibitor จะสามารถเพิ่มความสามารถในการยับยั้งการทำงานของ human β-tryptase หรืออาจจะกล่าวได้ว่า bivalent SFTI-I inhibitor น่าจะเป็นตัวเลือกที่สำคัญที่จะใช้ประโยชน์ในการยับยั้ง