Small Molecules that Activate Cytoprotective Functions of Tyrosyl-tRNA Synthetase
激活酪氨酰-tRNA 合成酶细胞保护功能的小分子
基本信息
- 批准号:10221719
- 负责人:
- 金额:$ 22.35万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2014
- 资助国家:美国
- 起止时间:2014-07-10 至 2024-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Active SitesAffectAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease modelAlzheimer&aposs disease pathologyAmino AcidsAmino Acyl-tRNA SynthetasesAmyloid beta-42Amyloid beta-ProteinAreaAttenuatedBehavioral AssayBindingBiological AssayBrainCareer ChoiceCell NucleusCenters of Research ExcellenceCrystallizationDNA DamageDNA Double Strand BreakDNA RepairDNA Repair GeneDNA Repair PathwayDataDevelopmentDrug TargetingEnzymesEvolutionExtramural ActivitiesFundingHistologicHomeostasisHydrogen PeroxideImmunoblottingIn VitroIsomerismLeadMetabolicModelingMolecular ConformationMusN-MethylaspartateNamesNatureNeurodegenerative DisordersNeuronal Survival PathwayNeuronsNicotinamide adenine dinucleotideNuclearOxidative StressPathway interactionsPenetrationPhenolsPoly(ADP-ribose) PolymerasesProtein BiosynthesisProto-Oncogene Proteins c-aktPublicationsPublishingResveratrolSeriesSignal TransductionSignal Transduction PathwayStressStructureTestingTherapeuticTyrosineTyrosine-tRNA LigaseWorkbasedensitydesignexcitotoxicityin vitro Modelin vitro activityin vivoin vivo evaluationmouse modelnervous system disorderneuroprotectionneurotoxicitynovelnovel drug classnovel strategiesoxidative damagesmall moleculetargeted treatmenttrans-resveratrol
项目摘要
ABSTRACT
Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRSs) are enzymes that activate L-amino acids for protein synthesis. However,
during evolution, aaRSs progressively accrued ‘moonlighting’ functions that are activated under conditions of
diminished protein synthesis and that enable aaRSs to regulate metabolic homeostasis and modulate signal
transduction pathways. In particular, Tyrosyl-tRNA synthetase (TyrRS) moves into the nucleus under stress
conditions and facilitates DNA repair through poly-ADP-ribose polymerase 1 (PARP1) activation. PARP1, the
central regulator of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) signaling, senses and responds to DNA damage
and activates DNA repair pathways. Unrepaired or erroneously repaired DNA double strand breaks (DSBs) in
neurons are a major contributing factor in the development of a variety of neurological disorders including
Alzheimer’s disease (AD). In particular, accumulation of amyloid β(Aβ), a hallmark of AD, exacerbates the
accumulation of DSBs in neurons. Remarkably, PARP1 is downregulated in AD and the TyrRS-PARP1
pathway was shown to attenuate Aβ-induced neurotoxicity. Stimulation of this pathway could offer a new
approach to the treatment of AD and other neurodegenerative diseases. We hypothesize that the L-tyrosine
binding pocket of eukaryotic TyrRS can be targeted to design and develop small molecules named TyrRS-
Targeting Compounds (TTCs), which will activate the moonlighting functions of TyrRS that stimulate DNA
repair, and that such molecules will exert neuroprotective activities in AD-relevant models. In the first year of
this project, we have designed and synthesized a series of TTCs on the basis of our work published in Nature,
which demonstrated that the cis-isomer of resveratrol (RSV) binds to TyrRS and acts as an L-tyrosine
antagonist, activating PARP1-dependent signaling cascades. Some of the newly synthesized TTCs have
already shown neuroprotective activity in vitro. Mechanistic analysis indicated that the lead neuroprotective
compound activates AKT and upregulates DNA repair proteins. In the remaining period, we will pursue the
following Specific Aims. Under Aim 1, we will continue structure-based design and synthesis of TyrRS
Targeting Compounds (TTCs) based on the cis-RSV-bound co-crystal structure of TyrRS and demonstrate that
such molecules engage and affect their TyrRS target. Under Aim 2, we will determine the effect of TTCs on
the survival of primary cortical neurons and TyrRS/PARP1-dependent DNA repair and signaling cascades.
Under Aim 3, we will test the in vivo therapeutic potential of TTCs that show neuroprotection in vitro using
5XFAD mouse model of AD. The completion of these Aims will provide proof-of-principle data that would guide
the eventual development of a new class of drugs that targets TyrRS to activate PARP1-dependent DNA repair
in neurons, with potential applicability to AD and other neurodegenerative diseases that originate from
accumulated DNA damage.
抽象的
氨酰-tRNA 合成酶 (aaRS) 是激活 L-氨基酸以进行蛋白质合成的酶。
在进化过程中,aaRS 逐渐积累了“兼职”功能,这些功能在以下条件下被激活:
蛋白质合成减少,使 aaRS 能够调节代谢稳态和调节信号
特别是,酪氨酰-tRNA 合成酶 (TyrRS) 在压力下进入细胞核。
条件并通过聚 ADP 核糖聚合酶 1 (PARP1) 激活促进 DNA 修复。
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 信号传导的中枢调节因子,感知 DNA 损伤并作出反应
并激活 DNA 通路修复中未修复或错误修复的 DNA 双链断裂 (DSB)。
神经元是多种神经系统疾病发展的主要因素,包括
尤其是阿尔茨海默氏病 (AD),AD 的一个标志——淀粉样蛋白 β(Aβ) 的积累会使病情恶化。
DSB 在神经元中的积累 值得注意的是,PARP1 在 AD 和 TyrRS-PARP1 中下调。
研究表明,该途径可以减轻 Aβ 诱导的神经毒性。刺激该途径可以提供一种新的途径。
我们勇敢地说,L-酪氨酸是治疗 AD 和其他神经退行性疾病的方法。
可以靶向真核生物 TyrRS 的结合口袋来设计和开发名为 TyrRS- 的小分子
靶向化合物 (TTC),将激活 TyrRS 的兼职功能,刺激 DNA
修复,并且此类分子将在 AD 相关模型的第一年发挥神经保护活性。
在这个项目中,我们根据我们在《自然》杂志上发表的工作,设计并合成了一系列TTC,
证明白藜芦醇 (RSV) 的顺式异构体与 TyrRS 结合并充当 L-酪氨酸
拮抗剂,激活 PARP1 依赖性信号级联反应,一些新合成的 TTC 具有
体外已经显示出神经保护活性。机制分析表明,它具有先导神经保护作用。
化合物激活 AKT 并上调 DNA 修复蛋白 在剩下的时间里,我们将继续研究。
遵循具体目标 在目标 1 下,我们将继续基于结构的 TyrRS 设计和合成。
基于 TyrRS 的顺式 RSV 结合共晶结构的靶向化合物 (TTC) 并证明
这些分子参与并影响其 TyrRS 靶标,在目标 2 下,我们将确定 TTC 对它们的影响。
原代皮质神经元的存活以及 TyrRS/PARP1 依赖性 DNA 修复和信号级联反应。
在目标 3 下,我们将测试 TTC 的体内治疗潜力,这些 TTC 在体外具有神经保护作用
AD 的 5XFAD 小鼠模型的完成将提供可指导的原理验证数据。
最终开发出一类新药物,以 TyrRS 为靶点,激活 PARP1 依赖性 DNA 修复
在神经元中,可能适用于 AD 和其他源自神经退行性疾病的疾病
累积的DNA损伤。
项目成果
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