We have recently developed an approach for selectively reducing the level of target proteins by impairing their folding process rather than targeting their native conformations.1 The method, called Pharmacological Protein Inactivation by Folding Intermediate Targeting (PPI-FIT), is made possible by computational algorithms allowing the full atomistic reconstruction of protein folding pathways. Such unique information could be exploited by identifying metastable structural conformers of a protein, distinct from the native state, appearing along the folding process (i.e., folding intermediates). PPI-FIT's rationale is that targeting a folding intermediate with small ligands could promote its removal by the cellular quality control machinery, which recognizes such artificially stabilized intermediates as improperly folded species. We have applied PPI-FIT to target the cellular prion protein (PrP), a key player in prion diseases, and identified a pharmacological degrader (called SM875) capable of dose-dependently suppressing the expression of the protein.2,3
In the project's first year, we designed and performed a synthesis scheme for SM875. The correct structure of the molecule was verified by nuclear magnetic resonance (NMR), mass spectrometry (MS), and infrared (IR) spectroscopy. Such a scheme allowed us to introduce modifications into the chemical scaffold, leading to tens of different analogs. Each molecule was tested in vitro to assess the ability to suppress PrP expression. We tested 44 synthetic analogs differing from the parent compound for one or more chemical substitutions. Dose-dependent analysis of each molecule by imaging-based cellular assay explicitly designed to test SM875 derivatives allowed us to draw a first structure-activity relationship model employed to refine the docking pose of compound-pocket interaction. These results represent fundamental steps along the SM875 hit-to-lead optimization pipeline, which could ultimately define a version of the compound suitable for subsequent validation in animal models of prion diseases.
Sviluppo di farmaci in grado di promuovere la degradazione cellulare della proteina prionica.
Le malattie da prioni sono rare patologie neurodegenerative che colpiscono l'uomo e altri mammiferi. Questi disordini possono essere trasmessi per via genetica o infettiva, e sono stati responsabili dell'epidemia di encefalopatia spongiforme bovina, nota come malattia della mucca pazza, che colpì principalmente l'Europa alla fine degli anni '90. Le malattie da prioni sono causate dalla conversione di una normale proteina espressa principalmente sulla superficie delle cellule nervose, chiamata PrP, in una forma aberrante, chiamata PrPSc. Una volta formata, PrPSc si comporta come un agente infettivo (prione), in grado di propagarsi inducendo la conversione di altre molecole di PrP, accumulandosi in grandi ammassi e danneggiando il cervello. Sebbene non siano attualmente disponibili cure per queste patologie, dati recenti hanno suggerito che ridurre l'espressione della forma normale della proteina PrP potrebbe rappresentare una valida strategia terapeutica. Il nostro gruppo ha sviluppato una nuova tecnologia, denominata PPI-FIT, per identificare farmaci in grado di ridurre selettivamente i livelli di proteine bersaglio. Grazie a questa tecnologia abbiamo identificato una molecola capace di diminuire i livelli di PrP e bloccare la replicazione di PrPSc nelle cellule. Tuttavia, questo composto deve essere ulteriormente sviluppato prima di essere somministrabile in sicurezza a pazienti. Il progetto intende perseguire proprio questo obiettivo. I risultati potrebbero fornire una preziosa risorsa farmacologica per il trattamento delle malattie da prioni, nonché di patologie del sistema nervoso molto più diffuse, come la malattia di Alzheimer e il morbo di Parkinson, per le quali è stato recentemente identificato un ruolo dannoso per la proteina PrP.
1. Patent n. PCT/IB2019/056371
2. Patent n. WO/2021/191883
3. Spagnolli G. et al. Commun. Biol 2021