CAMKK2

最新研究表明，蛋白质相分离（PPS）广泛存在于细胞中，并驱动着各种重要的生物学功能。在错误的地点或时间发生相分离，可能会造成与神经退行性疾病相关的分子堵塞或聚集，不良的细胞凝聚物也可能会导致癌症，并有助于解释衰老过程。鉴于人类疾病与蛋白质相分离过程的关联性，确定基于蛋白质相分离调控的潜在治疗靶点备受关注。近期，BioBAY园内企业英矽智能与剑桥大学在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上联合发表了一篇论文，介绍了一种方法识别与蛋白质相分离相关的人类疾病靶点。值得一提的是，这是自 2021 年 9 月双方达成合作以来取得的一个重要研究里程碑。在这项研究中，研究人员将英矽智能自主研发的靶点识别引擎PandaOmics 与 FuzDrop 相结合，用于识别与蛋白质相分离易感疾病相关的蛋白。PandaOmics 是一种人工智能驱动的靶点发现工具，它整合了多种组学样本、文本数据以及人工智能生物信息学模型，以评估蛋白质作为治疗靶点的潜力。FuzDrop 是剑桥大学 Michele Vendruscolo 教授小组推出的一种开创性工具，它可以计算蛋白质自发现分离的倾向，从而帮助识别易形成液相分离凝聚物的蛋白质。利用这种方法，研究人员对人类样本数据进行了大规模的多组学研究，量化了蛋白质相分离在调控与疾病相关的各种病理过程中的影响，对具有较高 PandaOmics和FuzDrop评分的候选蛋白进行优先排序，并生成了与蛋白质相分离过程失调相关的潜在疾病靶点列表。此外，研究人员还在两个阿尔茨海默症细胞模型中验证了这种方法下预测的三个靶点（MARCKS、CAMKK2和p62）的不同相分离行为，这为这些预测靶点参与阿尔茨海默症提供了实验验证，并支持它们作为治疗靶点的进一步开发潜力。通过调节这些凝聚物的形成和行为，有望开发出新颖的干预措施，来减轻与阿尔茨海默症相关的病理过程。论文共同作者、英矽智能香港团队负责人潘颖博士表示，"我们很高兴与剑桥大学的合作取得了阶段性成果。这项研究旨在为靶向蛋白相分离易感疾病相关蛋白提供初步方向。随着研究蛋白质相分离过程的技术不断进步，以及有关其在细胞功能和功能障碍中作用的数据日益增多，我们将有机会进一步了解蛋白质相分离过程中的靶点与疾病发生的因果关系。我们期待着在不久的将来把这项临床前研究转化为新型治疗干预措施。”剑桥大学化学系错误折叠疾病中心副主任Michele Vendruscolo教授表示, “迄今为止，了解蛋白质相分离在细胞功能中的作用一直是一项挑战。更困难的是弄清它与人类疾病的确切相关性。通过与 英矽智能合作，我们开发出了一种多组学方法来系统地解决这一问题，并确定多种可能的治疗干预靶点。为研究人员探索这一复杂领域提供了指导工具。”▌文章来源：英矽智能责编：赵家帅审核：任旭推荐阅读企业资讯丨沙砾生物荣获沙利文「2023中国细胞药物创新奖」企业资讯丨博腾生物：与邦耀生物达成战略合作，加速推进基因与细胞治疗药物的商业化企业资讯丨飞依诺：全球总部暨研发生产大楼顺利封顶

Insilico, a clinical-stage generative artificial intelligence (AI)-drive drug discovery company, says recent research demonstrates that protein phase separation (PPS) is widely present in cells and drives a range of important biological functions. PPS at the wrong place or time, it says, could create clogs or aggregates of molecules linked to neurodegenerative diseases, and poorly formed cellular condensates could contribute to cancers and may explain the ageing process. An emerging link between human disease and the PPS process has led scientists to look for ways to identify potential targets for therapeutic interventions based on PPS regulation. The university and Insilico have jointly published a paper in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ​, presenting an approach to identify therapeutic targets for human diseases associated with PPS. It recognizes a significant research milestone in their collaboration launched in September 2021, they say. Protein separation prediction In this study, researchers combined Insilico's proprietary artificial intelligence (AI)-driven target identification engine PandaOmics with the FuzDrop method for predicting protein separation to identify PPS-prone disease-associated proteins. PandaOmics integrates multiple omics and text-based AI bioinformatics models to assess the potential of proteins as therapeutic targets. The FuzDrop is a pioneering tool introduced by Michele Vendruscolo’s group at the University of Cambridge, which calculates the propensity of a protein to undergo spontaneous phase separation, aiding in the identification of proteins prone to forming liquid-liquid phase-separated condensates. googletag.cmd.push(function () { googletag.display('text-ad1'); }); “It has been challenging so far to understand the role of protein phase separation in cellular functions,” said Vendruscolo, co-director, Centre for Misfolding Diseases, Yusuf Hamied department of chemistry, University of Cambridge and lead author on the paper. “Even more difficult has been to clarify the exact nature of its association with human disease. By working with Insilico Medicine, we have developed a multi-omic approach to systematically address this problem and identify a variety of possible targets for therapeutic intervention. We have thus provided a roadmap for researchers to navigate this complex terrain.” "The method described in the paper enables target discovery for a new class of diseases that have not been fully mechanistically understood yet. Until now, it has been challenging to identify actionable targets for drug discovery companies in this space -- this provides a new tool for finding them." Large scale multi-omic study ​ Using this approach, the researchers conducted a large-scale multi-omic study of human sample data, quantified the relative impact of PPS in regulating various pathological processes associated with human disease, prioritized candidates with high PandaOmics and FuzDrop scores, and generated a list of possible therapeutic targets for human diseases linked with PPS. Researchers validated the differential phase separation behaviors of three predicted Alzheimer’s disease targets (MARCKS, CAMKK2 and p62) in two cell models of Alzheimer’s disease, which provides experimental validation for the involvement of these predicted targets in Alzheimer's disease and support their potential as therapeutic targets. By modulating the formation and behavior of these condensates, it may be possible to develop novel interventions to mitigate the pathological processes associated with Alzheimer's disease. “We are pleased to reach this milestone in our collaboration with the University of Cambridge,” said Frank Pun, head of Insilico Medicine Hong Kong, and co-author of the paper. “The study is intended to provide initial directions for targeting PPS-prone disease-associated proteins. With ongoing technical advancements in studying the PPS process, coupled with growing data about its roles in both cellular function and dysfunction, it is now possible to comprehend the causal relationship between PPS targets and diseases. We anticipate facilitating the translation of this preclinical research into novel therapeutic interventions in the near future.”

Kallyope Inc.成立于2015年，是一家专注于肠脑回路治疗潜力的生物技术公司。 2015年12月，Kallyope lnc.完成4400万美元A轮融资。 2018年2月，Kallyope lnc.完成Lux Capital领投的6600万美元B轮融资。 2018年12月，Kallyope lnc.完成Bill Gates (个人)领投的2100万美元B+轮融资。 2020年3月，Kallyope lnc.完成1.12亿美元C轮融资。 2022年2月，Kallyope lnc.完成Mubadala和The Column Group领投了2.36亿美元D轮融资，LuxCapital、Polaris Partners等跟投。 这家前首富比尔盖茨个人投资的美国biotech最近公开了三篇关于AMPK小分子激活剂的专利，AMPK即AMP依赖的蛋白激酶，为能量代谢调节的关键分子，也是糖尿病及其他代谢相关疾病研究的核心之一。 AMPK广泛表达于各种代谢相关的器官中，AMPK激活剂可用于治疗过敏、癌症、抑郁症、2型糖尿病、营养失调、肥胖、牛皮癣和溃疡性结肠炎等。不过由于动物体内AMPK可能以12种不同的复合物形式存在，想要通过药物进行活化并不容易。 如图2所示，当上游激酶CAMKK2被细胞内钙离子激活，LKB1与STRAD和MO25组成异源三聚体时，AMPK机制激活。导致AMPK活化的因素有氧气应激、葡萄糖饥饿、运动以及线粒体毒物等，激活AMPK的药物主要为小分子激活剂（图2左侧）。 AMPK这种丝氨酸/苏氨酸激酶，从酵母到哺乳动物在进化上是保守的。AMPK作为一种能量传感器，当细胞内5’-磷酸腺昔的比例 (AMP)向三磷酸腺昔(ATP)的转化由于营养缺乏而升高。活化的AMPK磷酸化下游底物，促进分解代谢，阻碍合成代谢。导致ATP的产生和能量的恢复。AMPK的活性可因多种生理因素(如激素、细胞因子和膳食营养素) 以及病理条件(如肥胖、慢性炎症和2型糖尿病)而改变。AMPK激活可导致肝脏葡萄糖生成和血浆葡萄糖水平降低。因此，AMPK是一个有吸引力的靶标用于治疗各种代谢性疾病。 此外，AMPK对肠道健康具有有益的作用，如增强肠道吸收，改善屏障功能，抑制结直肠癌的发生，减少肠道炎症和代谢相关疾病，并对维持肠道稳态非常重要。例如，AMPK激活增强细胞间连接、营养转运、自噬和细胞凋亡，抑制肠道炎症和癌变。因此，AMPK与结肠上皮紧密连接的维持有关，并控制结肠炎的进展。 在各种结肠炎小鼠模型中，直接使用AMPK激活剂治疗已被证明可有效恢复肠道屏障功能。二甲双胍是一种间接的具有额外生物活性的AMPK激活剂，但持续直接激活AMPK存在安全性问题，尤其是在心脏。在啮齿类动物和非人灵长类动物中，使用系统性直接激活剂进行慢性治疗可导致心脏肥厚(伴随心糖原增加)。此外，AMPK的人类遗传多态性与心脏糖原沉积、心脏肥厚和沃尔夫-帕金森-怀特综合征有关。由于存在心脏肥厚的风险，不适合直接使用已知的AMPK激活剂治疗IBD、结肠炎和其他肠道屏障渗漏性疾病。 所有已报道的进入临床研究的直接AMPK激活剂(例如辉瑞的PF-06409577，临床I期已终止)或广泛的临床前评估(例如默克的MK-3903和MK-8722)都是系统性AMPK激活剂，并且已经开发用于系统性给药。也报道了一种缓释制剂，将更高浓度的间接AMPK激活剂二甲双胍输送到结肠，用于治疗IBD。然而，二甲双胍并不能最佳地激活AMPK，二甲双胍还有其他活性，这种方法需要特定的配方开发。因此，仍不是问题的最佳解决方案。 Kallyope lnc.公开的专利化合物是第一种肠道限制的直接AMPK激活剂的发现和开发，该激活剂不需要复杂的配方即可到达目标组织并避免体循环。 其中专利WO2023097189公开的通式如上图3，是一类带有联苯取代基的苯并咪唑类小分子化合物。包含了60个实施例，参比阳性有默克公司的MK-8722。在ADP-Glo检测中，最优的化合物6激活的重组AMPK (EC50 = 0.2 nM)，MK8722的EC50 = 4.7 nM，提高了23.5倍。化合物6是从MK8722改造得到，把MK8722的异山梨醇取代基改为吡喃酸取代基，再在MK8722的联苯取代基延伸出含氮杂环的乙二醇取代基得到化合物6。这种改造策略的目的是为了使药物集中靶向肠道，并减少系统分布，最终降低口服生物利用度。专利中还做了4元氮杂环替换成5元环、芳香杂环的构效关系研究，但是专利中只有体外活性数据公开。MK-8722作为AMPK激动剂的优势是可以激活全部12种AMPK复合物。默克公司在2017年的一篇Science中详细报道了MK8722的发现过程，MK-8722对糖代谢具有调控作用，在动物模型中对糖尿病有很好的疗效，且不会引起低血糖。在大鼠和恒河猴上对高剂量的MK-8722进行了长达6-8个月的给药，没有发现低血糖事件。不过，MK-8722会诱导心肌肥大，最终并未进入临床。 其中专利WO2023097187公开的通式如下图4，也是一类带有联苯取代基的苯并咪唑类小分子化合物。包含了130个实施例，参比阳性有默克公司的MK-8722和MK3903。这篇专利中大多数化合物的活性都好于上一篇，不同的是，这篇专利有公开口服给药PK数据。在ADP-Glo检测中，活性最优的化合物30和32激活的重组AMPK (EC50小于0.01 nM)，MK8722的EC50 = 4.7 nM，MK3903的EC50 = 20.9 nM。在C57BL/6小鼠中，口服生物利用度(F)为4% (30 mg/kg p.o.)。如此低的口服生物利用度使得系统分布大大降低。化合物32是从MK3903改造得到，除了把氯苯改成二氟苯，也在MK3903的联苯取代基延伸出含氮杂环的乙二醇甲酯取代基得到化合物32。专利中也做了4元氮杂环替换成5元环、芳香杂环的构效关系研究。MK3903也由默克公司开发，目前处于临床前。文献报道的MK-3903只能激活12个磷酸化AMPK (pAMPK)复合物中的10个，EC50值在8 ~ 40 nM范围内，最大激活>50%。MK-3903部分激活pAMPK5(最大36%)，不激活pAMPK6。并且，MK-3903具有低渗透率，是人肝脏摄取转运蛋白OATP1B1和OATP1B3的底物。这些缺陷也使得默克放弃推进至临床。 另外一篇专利见图5，主要是在苯并咪唑处引入了含硫取代的羧酸片段。但专利只包含了21个化合物，并且活性数据强弱仅以字母代替。图5所示，引入3个羟基乙基取代基并引入含硫取代的羧酸取代基应该可以加强肠道靶向并降低口服生物利用度。 综上所述，Kallyope lnc.公开了三篇专利，做了200多个实施例，以MK-3903和MK-8722为先导，完成肠道限制的直接AMPK激活剂的发现和开发，该激活剂不需要复杂的配方即可到达目标组织并避免体循环。 参考文献： 1，https://kallyope.com/pipeline/. 2，美股之家，专注于肠脑回路治疗潜力的生物技术公司：Kallyope Inc. 3，专利WO2023/097189、WO2023/097187与WO2023/097190公开文本. 4，智慧芽新药情报库.