cGAS inhibitors for Alzheimer's disease treatment

用于治疗阿尔茨海默病的 cGAS 抑制剂

基本信息

  • 批准号:
    10617321
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 84.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-01 至 2026-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT Alzheimer's disease (AD) is the most common form of dementia in elderly. Amyloid-β (Aβ) and tau pathologies and neuroinflammation are three major hallmarks of Alzheimer's disease. Vast majority of the drug discovery efforts in the past decades have focused on targeting the Aβ pathology, but none are successful in Clinical Trials. While tau pathology, not the Aβ pathology, has emerged to play critical role in memory decline in AD, drugs targeting the direct effects of tau on neurons also have not met success either. Compelling human genetic studies link the innate immune responses to elevated risk of developing late-onset AD, supporting targeting microglia, resident immune cells in the brain, as the next-generation treatment for AD. We showed that a critical role of cyclic GMP-AMP synthase (cGAS)-Stimulator of interferon genes (STING) signaling in microglial toxicity and tau-mediated cognitive decline. Activation of cGAS, a major cytosolic dsDNA sensor, catalyzes production of cGAMP, an extremely potent STING agonist as the second messenger that activates cGAS-STING pathway, leading to a production of the antiviral responses through activation of interferon regulatory factors (IRFs) and expression of cytokine and type I interferon genes. We found that a partial or complete genetic cGAS ablation protected against the tau-mediated spatial learning and memory deficits in PS19 Tau mice. Moreover, treatment with a small molecule inhibitor of cGAS reduces interferon responses, diminished microgliosis, and protected against cognitive deficits in an AD mouse model with tauopathy. We hypothesize that inhibitors the cGAS activity will dampen neuroinflammation and maladaptive immune responses, protect against AD-related deficit. We propose to develop small molecule human cGAS (h-cGAS) inhibitors as novel microglial modulators to treat AD. In Aim 1, we will develop lead h-cGAS inhibitors starting with two known hits and determine whether these inhibitors effectively modulate the cGAS-STING pathway in cell-free and cell-based assays. We expect to identify new hits via hits expansion and synthesize >200 analogs. Aim 2 focuses on optimization of analogs a potent cGAS inhibitor, TDI-6570, which is a lead low nanomolar potent mouse cGAS (m-cGAS) inhibitor and possesses 10x less h-cGAS activity. We will design up to 50 new analogs. Results of SAR, docking experiments, and in- silico calculation will be used to maximize the lead quality. Completion of Aim 1 and Aim 2 will lead to 5 lead compounds for in vivo and efficacy studies. In Aim 3, we will establish PK and efficacy of h-cGAS inhibitors in mouse model of tauopathy, and efficacy in human stem cell-derived microglia and cerebral organoids with tauopathy. At the end of the proposed 5 years study, we anticipate identifying 1-2 lead h-cGAS inhibitors as tool compounds and a proof of principle to further advance as drug candidates to treat Alzheimer's disease and related neurological disorders.
抽象的 阿尔茨海默病 (AD) 是老年人中最常见的痴呆症,β 淀粉样蛋白 (Aβ) 和 tau 蛋白病变。 和神经炎症是阿尔茨海默病的三个主要特征,占药物发现的绝大多数。 过去几十年的努力主要集中在针对 Aβ 病理学上,但临床试验均未取得成功。 虽然 tau 病理学而非 Aβ 病理学在 AD 记忆衰退中发挥着关键作用,但药物 针对 tau 对神经元的直接影响的人类遗传学研究也尚未取得成功。 将先天免疫反应与罹患迟发性 AD 的风险升高联系起来,支持针对小胶质细胞, 我们证明了大脑中常驻免疫细胞作为下一代 AD 治疗的关键作用。 环 GMP-AMP 合酶 (cGAS) - 小胶质细胞毒性和干扰素基因 (STING) 信号传导的刺激剂 tau 介导的认知能力下降 cGAS(一种主要的胞质 dsDNA 传感器)的激活可催化 cGAMP 是一种极其有效的 STING 激动剂,作为激活 cGAS-STING 通路的第二信使, 通过激活干扰素调节因子(IRF)产生抗病毒反应, 我们发现cGAS基因部分或完全消融了细胞因子和I型干扰素基因的表达。 防止 PS19 Tau 小鼠中 tau 介导的空间学习和记忆缺陷。 使用 cGAS 小分子抑制剂可减少干扰素反应,减少小胶质细胞增生,并保护 我们发现它可以抑制 cGAS 活性,从而对抗患有 tau 蛋白病的 AD 小鼠模型中的认知缺陷。 会抑制神经炎症和适应不良的免疫反应,防止 AD 相关的缺陷。 建议开发小分子人类 cGAS (h-cGAS) 抑制剂作为治疗 AD 的新型小胶质细胞调节剂。 在目标 1 中,我们将从两个已知的命中开始开发先导 h-cGAS 抑制剂,并确定这些抑制剂是否 我们希望能够在无细胞和基于细胞的检测中有效调节 cGAS-STING 通路。 通过点击扩展和合成 >200 个类似物获得新的点击量 Aim 2 专注于有效的类似物的优化。 cGAS 抑制剂 TDI-6570 是一种领先的低纳摩尔有效小鼠 cGAS (m-cGAS) 抑制剂,具有 h-cGAS 活性减少 10 倍。我们将设计多达 50 个新的类似物,并进行对接实验和 in- 实验。 将使用计算机计算来最大限度地提高领先质量 完成目标 1 和目标 2 将获得 5 个领先优势。 在目标 3 中,我们将确定 h-cGAS 抑制剂在体内的 PK 和功效。 tau蛋白病小鼠模型,以及对人类干细胞衍生的小胶质细胞和脑类器官的功效 在拟议的 5 年研究结束时,我们预计将确定 1-2 种领先的 h-cGAS 抑制剂作为工具。 化合物和原理证明,以进一步推进作为治疗阿尔茨海默病的候选药物和 相关的神经系统疾病。

项目成果

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