Entwicklung selektiver und oral verfügbarer Inhibitoren der ATM-Kinase mit subnanomolarer zellulärer Aktivität

Abstract

Die Ataxia-telangiectasia mutated (ATM)-Kinase ist ein zentraler Regulator der zellulären DNA-Schadensantwort in Bezug auf DNA-Doppelstrangbrüche (DSB). In vorausgehenden Forschungsarbeiten zeigte sich, dass die Inhibition der ATM zu starken synergistischen Effekten mit verschiedenen etablierten antitumoralen Therapien führen kann, weshalb die Entwicklung potenter und selektiver ATM-Inhibitoren von großem Interesse ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden ATM-Inhibitoren verschiedener Strukturklassen synthetisiert, charakterisiert und optimiert. Der Schwerpunkt lag in der Entwicklung neuer ATM-Inhibitoren auf Benzimidazol- und 3H-Imidazo[4,5-b]pyridin-Basis. Ausgehend von der Darstellung erster vielversprechender Proof-of-Concept-Inhibitoren wurden systematische Derivatisierungen verschiedener Teilstrukturen durchgeführt, um essenzielle Struktur-Wirkungsbeziehungen (SAR) abzuleiten. Dabei konnten zwei vielversprechende Leitstrukturen mit einstellig nanomolaren Hemmwerten und deutlich unterschiedlichen physikochemischen Eigenschaften identifiziert werden, die ferner hinsichtlich ihrer metabolischen Stabilität, der Aktivität auf zellulärer Ebene und der Selektivität innerhalb ausgewählter verwandter Kinasen und des Kinoms charakterisiert wurden. Da die ersten Leitstrukturen bei der Translation in den zellulären Assay einen ausgeprägten Aktivitätsverlust aufwiesen, sollten weitreichende Modifikationen beider Strukturklassen durchgeführt werden, um eine effiziente Inhibition auf Zellebene zu ermöglichen. Syntheseoptimierungen erlaubten in mehreren Syntheserouten die Darstellung von Zwischenprodukten ohne säulenchromatographische Aufreinigungsschritte und ermöglichten in einigen Fällen eine effiziente Late-Stage-Derivatisierung der Inhibitoren. Es gelang, mehrere ATM-Kinaseinhibitoren zu identifizieren, welche picomolare Hemmwerte und zugleich subnanomolare Aktivität auf zellulärer Ebene zeigen konnten. Zusätzlich konnte durch weiterführende Optimierungen eine hohe Selektivität erreicht werden. Zwei Vertreter wurden pharmakokinetisch evaluiert und waren oral verfügbar, sodass Kandidaten für weitergehende in vitro und in vivo Experimente zur Verfügung stehen.