Разработка позитивных аллостерических модуляторов рецептора тиреотропного гормона на основе тиено[2,3-d]-пиримидиновой структуры и их влияние на тиреоидный статус у крыс

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Уровни тиреотропного гормона (ТТГ) при гипотиреозе аутоиммунной природы или вызванном инактивирующими мутациями в рецепторе ТТГ находятся в пределах нормы или повышены, что обусловлено усилением стимулированной тиролиберином (ТРГ) продукции ТТГ в условиях дефицита тиреоидных гормонов (ТГ). Основной причиной гипотиреоза является ослабление ответа щитовидной железы на ТТГ. Это требует разработки подходов, направленных на повышение чувствительности тироцитов к ТТГ. Одним из них является применение положительных аллостерических модуляторов (ПАМ) рецептора ТТГ, усиливающих эффекты ТТГ на продукцию ТГ. Однако в настоящее время такие ПАМ отсутствуют. Цели настоящей работы – синтез новых тиено[2,3-d]-пиримидиновых производных TPYox и TPYmp с активностью ПАМ рецептора ТТГ и изучение их эффектов на базовые и стимулированные ТРГ концентрации ТГ в крови и экспрессию генов, вовлеченных в синтез ТГ, в щитовидной железе крыс. При введении крысам TPYox и TPYmp (20 мг/кг) слабо влияли на концентрации ТГ в крови и экспрессию генов синтеза ТГ, за исключением повышения концентрации tT3 и экспрессии гена Dio2, кодирующего дейодиназу 2-го типа, при использовании TPYmp. В то же время, несмотря на отсутствие различий с контролем, в группе с обработкой TPYox снижались в сравнении с крысами, обработанными TPYmp, концентрации ТГ в крови и экспрессия генов Tg, Tpo, Dio2 и Tshr, что, как мы полагаем, обусловлено высокой реакционной способностью оксиранового цикла в TPYox и его ингибирующим влиянием на компоненты тиреоидной системы в щитовидной железе. Предварительная обработка крыс TPYox и TPYmp сохраняла стимулирующие эффекты ТРГ на концентрации ТГ и экспрессию тироидальных генов, а в ряде случаев их значимо усиливала. Однако динамика и выраженность потенцирующего влияния TPYox и TPYmp различались. TPYox потенцировал стимулирующие эффекты ТРГ на концентрации tT4, fT3 и tТ3 в крови через 1.5 ч после обработки ТРГ, в то время как TPYmp усиливал стимулирующие эффекты ТРГ на концентрации fT3 и tТ3 через 3 ч, когда потенцирующее влияние TPYox уже исчезало. В щитовидной железе TPYox усиливал ТРГ-индуцированную экспрессию гена Tpo, в то время как TPYmp – экспрессию генов Dio2 и Nis. На основании полученных данных сделан вывод, что наиболее перспективным препаратом для повышения ответа рецептора ТТГ на эндогенный ТТГ является TPYmp, 5-амино-N-(трет-бутил)-4-{4-[3-(2-гидрокси-3-морфолинопропокси)про-1-ин-1-ил]фенил}-2-(метилтио)тиено[2,3-d]пиримидин-6-карбоксамид, созданный нами первый функционально активный ПАМ рецептора ТТГ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. В. Деркач

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: derkatch_k@list.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. С. Печальнова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: derkatch_k@list.ru
Россия, Санкт-Петербург

И. Р. Назаров

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: derkatch_k@list.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. А. Диденко

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: derkatch_k@list.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

В. Н. Сорокоумов

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: derkatch_k@list.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

А. О. Шпаков

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: derkatch_k@list.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Nazari J, Jafari K, Chegini M, Maleki A, MirShafiei P, Alimohammadi A, Kazemzadeh Y, Mikaeliyan R, Amini S (2021) Physical and mental growth and development in children with congenital hypothyroidism: А case-control study. Orphanet J Rare Dis 16(1): 393. https://doi.org/10.1186/s13023-021-02017-7
  2. Bowden SA, Goldis M (2023) Congenital Hypothyroidism. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2025 Jan.
  3. Biondi B, Cooper DS (2019) Thyroid hormone therapy for hypothyroidism. Endocrine 66(1): 18–26. https://doi.org/10.1007/s12020-019-02023-7
  4. Baumgartner C, da Costa BR, Collet TH, Feller M, Floriani C, Bauer DC, Cappola AR, Heckbert SR, Ceresini G, Gussekloo J, den Elzen WPJ, Peeters RP, Luben R, Völzke H, Dörr M, Walsh JP, Bremner A, Iacoviello M, Macfarlane P, Heeringa J, Stott DJ, Westendorp RGJ, Khaw KT, Magnani JW, Aujesky D, Rodondi N (2017) Thyroid Studies Collaboration. Thyroid Function Within the Normal Range, Subclinical Hypothyroidism, and the Risk of Atrial Fibrillation. Circulation 136(22): 2100–2116. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.117.028753
  5. Gluvic Z, Obradovic M, Stewart AJ, Essack M, Pitt SJ, Samardzic V, Soskic S, Gojobori T, Isenovic ER (2021) Levothyroxine Treatment and the Risk of Cardiac Arrhythmias – Focus on the Patient Submitted to Thyroid Surgery. Front Endocrinol (Lausanne) 12: 758043. https://doi.org/10.3389/fendo.2021.758043
  6. Saponaro F, Sestito S, Runfola M, Rapposelli S, Chiellini G (2020) Selective Thyroid Hormone Receptor-Beta (TRβ) Agonists: New Perspectives for the Treatment of Metabolic and Neurodegenerative Disorders. Front Med (Lausanne) 7: 331. https://doi.org/10.3389/fmed.2020.00331
  7. Biondi B (2023) Subclinical Hypothyroidism in Patients with Obesity and Metabolic Syndrome: A arrative Review. Nutrients 16(1): 87. https://doi.org/10.3390/nu16010087
  8. Persani L, Calebiro D, Cordella D, Weber G, Gelmini G, Libri D, de Filippis T, Bonomi M (2010) Genetics and phenomics of hypothyroidism due to TSH resistance. Mol Cell Endocrinol 322(1-2): 72–82. https://doi.org/10.1016/j.mce.2010.01.008
  9. Grasberger H, Refetoff S (2017) Resistance to thyrotropin. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab 31(2): 183–194. https://doi.org/10.1016/j.beem.2017.03.004
  10. Pirahanchi Y, Toro F, Jialal I (2023) Physiology, Thyroid Stimulating Hormone. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2025 Jan.
  11. Davies TF, Latif R (2015) Targeting the thyroid-stimulating hormone receptor with small molecule ligands and antibodies. Expert Opin Ther Targets 19(6): 835–847. https://doi.org/10.1517/14728222.2015.1018181
  12. Shpakov AO (2023) Allosteric Regulation of G-Protein-Coupled Receptors: From Diversity of Molecular Mechanisms to Multiple Allosteric Sites and Their Ligands. Int J Mol Sci 24: 6187. https://doi.org/10.3390/ijms24076187
  13. Zhang Y, Tan Y, Zhang Z, Cheng X, Duan J, Li Y (2024) Targeting Thyroid-Stimulating Hormone Receptor: A Perspective on Small-Molecule Modulators and Their Therapeutic Potential. J Med Chem 67(18): 16018–16034. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.4c01525
  14. Mezei M, Latif R, Davies TF (2022) Computational model of the full-length TSH receptor. Elife 11: e81415. https://doi.org/10.7554/eLife.81415
  15. Kleinau G, Worth CL, Kreuchwig A, Biebermann H, Marcinkowski P, Scheerer P, Krause G (2017) Structural-Functional Features of the Thyrotropin Receptor: A Class A G-Protein-Coupled Receptor at Work. Front Endocrinol (Lausanne) 8: 86. https://doi.org/10.3389/fendo.2017.00086
  16. Shpakov AO (2021) Endogenous and Synthetic Regulators of the Peripheral Components of the Hypothalamo-Hypophyseal-Gonadal and -Thyroid Axes. Neurosci Behav Physiol 51: 332–345. https://doi.org/10.1007/s11055-021-01076-4
  17. Latif R, Ali MR, Ma R, David M, Morshed SA, Ohlmeyer M, Felsenfeld DP, Lau Z, Mezei M, Davies TF (2015) New Small Molecule Agonists to the Thyrotropin Receptor. Thyroid 25: 51–62. https://doi.org/10.1089/thy.2014.0119
  18. Marcinkowski P, Hoyer I, Specker E, Furkert J, Rutz C, Neuenschwander M, Sobottka S, Sun H, Nazare M, Berchner-Pfannschmidt U, von Kries JP, Eckstein A, Schülein R, Krause G (2019) A New Highly Thyrotropin Receptor-Selective Small-Molecule Antagonist with Potential for the Treatment of Graves’ Orbitopathy. Thyroid 29: 111–123. https://doi.org/10.1089/thy.2018.0349
  19. Mezei M, Latif R, Das B, Davies TF (2021) Implications of an Improved Model of the TSH Receptor Transmembrane Domain (TSHR-TMD-TRIO). Endocrinology 162(7): bqab051. https://doi.org/10.1210/endocr/bqab051
  20. Derkach KV, Bakhtyukov AA, Sorokoumov VN, Shpakov AO (2020) New Thieno-[2,3-d]Pyrimidine-Based Functional Antagonist for the Receptor of Thyroid Stimulating Hormone. Dokl Biochem Biophys 491: 77–80. https://doi.org/10.1134/S1607672920020064
  21. Derkach KV, Fokina EA, Bakhtyukov AA, Sorokoumov VN, Stepochkina AM, Zakharova IO, Shpakov AO (2022) The Study of Biological Activity of a New Thieno[2,3-D]-Pyrimidine-Based Neutral Antagonist of Thyrotropin Receptor. Bull Exp Biol Med 172: 713–717. https://doi.org/10.1007/s10517-022-05462-x
  22. Derkach KV, Bakhtyukov AA, Sorokoumov VN, Lebedev IA, Didenko EA, Shpakov AO (2024) Low Molecular Weight Thyrotropin Receptor Inverse Agonist is Active upon both Intraperitoneal and Oral Administration. J Evol Biochem Physiol 60: 295–305. https://doi.org/10.1134/S0022093024010216
  23. Bakhtyukov AA, Derkach KV, Fokina EA, Sorokoumov VN, Zakharova IO, Bayunova LV, Shpakov AO (2022) Development of low-molecular-weight allosteric agonist of thyroid-stimulating hormone receptor with thyroidogenic activity. Dokl Biochem Biophys 503(1): 67–70. https://doi.org/10.1134/S1607672922020016
  24. Derkach KV, Sorokoumov VN, Morina IY, Kuznetsova VS, Romanova IV, Shpakov AO (2024) Regulatory Effects of 5-Day Oral and Intraperitoneal Administration of a Thienopyrimidine Derivative on the Thyroid Status in Rats. Bull Exp Biol Med 177: 559–563. https://doi.org/10.1007/s10517-024-06223-8
  25. Derkach KV, Pechalnova AS, Sorokoumov VN, Zorina II, Morina IY, Chernenko EE, Didenko EA, Romanova IV, Shpakov AO (2025) Effect of a Low-Molecular-Weight Allosteric Agonist of the Thyroid-Stimulating Hormone Receptor on Basal and Thyroliberin-Stimulated Activity of Thyroid System in Diabetic Rats. Int J Mol Sci 26(2): 703. https://doi.org/10.3390/ijms26020703
  26. Moore S, Jaeschke H, Kleinau G, Neumann S, Costanzi S, Jiang J, Childress J, Raaka BM, Colson A, Paschke R, Krause G, Thomas CJ, Gershengorn MC (2006) Evaluation of Small-Molecule Modulators of the Luteinizing Hormone/Choriogonadotropin and Thyroid Stimulating Hormone Receptors: Structure-Activity Relationships and Selective Binding Patterns. J Med Chem 49: 3888–3896. https://doi.org/10.1021/jm060247s
  27. Neumann S, Gershengorn MC (2011) Small Molecule TSHR Agonists and Antagonists. Ann Endocrinol 72: 74–76. https://doi.org/10.1016/j.ando.2011.03.002
  28. Allen MD, Neumann S, Gershengorn MC (2011) Small-molecule thyrotropin receptor agonist activates naturally occurring thyrotropin-insensitive mutants and reveals their distinct cyclic adenosine monophosphate signal persistence. Thyroid 21(8): 907–912. https://doi.org/10.1089/thy.2011.0025
  29. Nagayama Y, Nishihara E (2022) Thyrotropin Receptor Antagonists and Inverse Agonists, and Their Potential Application to Thyroid Diseases. Endocr J 69: 1285–1293. https://doi.org/10.1507/endocrj.EJ22-0391
  30. Neumann S, Eliseeva E, Boutin A, Barnaeva E, Ferrer M, Southall N, Kim D, Hu X, Morgan SJ, Marugan JJ, Gershengorn MC (2018) Discovery of a Positive Allosteric Modulator of the Thyrotropin Receptor: Potentiation of Thyrotropin-Mediated Preosteoblast Differentiation In Vitro. J Pharmacol Exp Ther 364(1): 38–45. https://doi.org/10.1124/jpet.117.244095
  31. Derkach KV, Bogush IV, Berstein LM, Shpakov AO (2015) The Influence of Intranasal Insulin on Hypothalamic-Pituitary-Thyroid Axis in Normal and Diabetic Rats. Horm Metab Res 47(12): 916–924. https://doi.org/10.1055/s-0035-1547236
  32. Schmittgen TD, Livak KJ (2008) Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method. Nat Protoc 3: 1101–1108. https://doi.org/10.1038/nprot.2008.73
  33. Grundmann M, Bender E, Schamberger J, Eitner F (2021) Pharmacology of Free Fatty Acid Receptors and Their Allosteric Modulators. Int J Mol Sci 22(4): 1763. https://doi.org/10.3390/ijms22041763
  34. Zhang M, Chen T, Lu X, Lan X, Chen Z, Lu S (2024) G protein-coupled receptors (GPCRs): Аdvances in structures, mechanisms, and drug discovery. Signal Transduct Target Ther 9(1): 88. https://doi.org/10.1038/s41392-024-01803-6
  35. Gérard CM, Lefort A, Christophe D, Libert F, Van Sande J, Dumont JE, Vassart G (1989) Control of thyroperoxidase and thyroglobulin transcription by cAMP: Еvidence for distinct regulatory mechanisms. Mol Endocrinol 3(12): 2110–2118. https://doi.org/10.1210/mend-3-12-2110
  36. Jang D, Eliseeva E, Klubo-Gwiezdzinska J, Neumann S, Gershengorn MC (2022) TSH stimulation of human thyroglobulin and thyroid peroxidase gene transcription is partially dependent on internalization. Cell Signal 90: 110212. https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2021.110212
  37. Chandrasekar A, Schmidtlein PM, Neve V, Rivagorda M, Spiecker F, Gauthier K, Prevot V, Schwaninger M, Müller-Fielitz H (2024) Regulation of Thyroid Hormone Gatekeepers by Thyrotropin in Tanycytes. Thyroid 34(2): 261–273. https://doi.org/10.1089/thy.2023.0375
  38. Derkach KV, Lebedev IA, Morina IY, Bakhtyukov AA, Pechalnova AS, Sorokoumov VN, Kuznetsova VS, Romanova IV, Shpakov AO (2023) Comparison of Steroidogenic and Ovulation-Inducing Effects of Orthosteric and Allosteric Agonists of Luteinizing Hormone/Chorionic Gonadotropin Receptor in Immature Female Rats. Int J Mol Sci 24(23): 16618. https://doi.org/10.3390/ijms242316618
  39. Hoyer I, Haas AK, Kreuchwig A, Schülein R, Krause G (2013) Molecular sampling of the allosteric binding pocket of the TSH receptor provides discriminative pharmacophores for antagonist and agonists. Biochem Soc Trans 41(1): 213–217. https://doi.org/10.1042/BST20120319
  40. Nataraja SG, Yu HN, Palmer SS (2015) Discovery and Development of Small Molecule Allosteric Modulators of Glycoprotein Hormone Receptors. Front Endocrinol (Lausanne) 6: 142. https://doi.org/10.3389/fendo.2015.00142
  41. Lazzaretti C, Simoni M, Casarini L, Paradiso E (2023) Allosteric modulation of gonadotropin receptors. Front Endocrinol (Lausanne) 14: 1179079. https://doi.org/10.3389/fendo.2023.1179079
  42. Zhu C, Lan X, Wei Z, Yu J, Zhang J (2024) Allosteric modulation of G protein-coupled receptors as a novel therapeutic strategy in neuropathic pain. Acta Pharm Sin B 14(1): 67–86. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2023.07.020
  43. Wagner K, Vito S, Inceoglu B, Hammock BD (2014) The role of long chain fatty acids and their epoxide metabolites in nociceptive signaling. Prostaglandins Other Lipid Mediat 113-115: 2–12. https://doi.org/10.1016/j.prostaglandins.2014.09.001
  44. Ichimaru Y, Fujii T, Saito H, Sano M, Uchiyama T, Miyairi S (2017) 5-Bromoindirubin 3'-(O-oxiran-2-ylmethyl)oxime: A long-acting anticancer agent and a suicide inhibitor for epoxide hydrolase. Bioorg Med Chem 25(17): 4665–4676. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.07.009
  45. Vangaveti VN, Jansen H, Kennedy RL, Malabu UH (2016) Hydroxyoctadecadienoic acids: Oxidised derivatives of linoleic acid and their role in inflammation associated with metabolic syndrome and cancer. Eur J Pharmacol 785: 70–76. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2015.03

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема синтеза тиено[2,3-d]-пиримидиновых производных TPYox (a) и TPYmp (b). Обозначения на рисунке: 1 – 5-амино-N-(трет-бутил)-4-(4-иодфенил)-2-(метилтио)тиено[2,3-d]пиримидин-6-карбоксамид; 2 – 2-[(проп-2-ин-1-илокси)метил]оксиран; 3 – 5-амино-N-(трет-бутил)-2-(метилтио)-4-{4-[3-(оксиран-2-илметокси)проп-1-ин-1-ил]фенил}тиено[2,3-d]пиримидин-6-карбоксамид (TPYox); 4 – 5-амино-4-(4-бромфенил)-N-(трет-бутил)-2-(метилтио)тиено[2,3-d]пиримидин-6-карбоксамид; 5 – 1-морфолино-3-(про-2-ин-1-илокси)пропан-2-ол; 6 – 5-амино-N-(трет-бутил)-4-{4-[3-(2-гидрокси-3-морфолинопропокси)про-1-ин-1-ил]фенил}-2-(метилтио)тиено[2,3-d]пиримидин-6-карбоксамид (TPYmp). Сокращения: PPh3 – трифенилфосфин; Pd(PPh3)4 – тетракис(трифенилфосфин) палладий; CuI – иодид меди (I); DMF – диметилформамид; THF – тетрагидрофуран; Et3N – триэтиламин; RT – комнатная температура.

Скачать (136KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Базальные и стимулированные тиролиберином концентрации ТГ в крови крыс при их обработке TPYox и TPYmp (в/б, 20 мг/кг) через 2 и 3.5 ч после обработки ТП. (a) – Свободный тироксин (fT4), пмоль/л. (b) – Общий тироксин (tT4), нмоль/л. (c) – Свободный трийодтиронин (fT3), пмоль/л. (d) – Общий трийодтиронин, (tT3), нмоль/л. Начальные концентрации ТГ не приведены, поскольку значимых различий как с контролем, так и между группами в этом случае не было. Группы были сформированы случайным образом из общего гомогенного с точки зрения концентраций ТГ в крови пула животных. Различия с контролем (a) и с группой TRH (b), а также между группами TPYox и TPYmp (c) и группами TPYox + TRH и TPYmp + TRH (d) в одной временной точке статистически значимы при p < 0.05. Значения представлены как M ± SEM, во всех группах n = 6.

Скачать (326KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Концентрации ТТГ в крови крыс при их обработке TPYox и TPYmp (в/б, 20 мг/кг). Оценивали концентрацию ТТГ в крови через 3.5 ч после обработки ТП или через 3 ч после введения ТРГ. Различия с контролем (a) статистически значимы при p < 0.05. M ± SEM, во всех группах n = 6.

Скачать (85KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экспрессия генов тиреоглобулина (Tg), тиреопероксидазы (Tpo) и натрий-йодидного симпортера (Nis) в щитовидной железе крыс при их обработке TPYox и TPYmp (в/б, 20 мг/кг). Оценивали экспрессию генов после окончания экспериментов – через 3.5 ч после обработки ТП или через 3 ч после введения ТРГ. Данные по экспрессии генов Tg и Tpo (значения RQ) распределены ненормально и представлены в виде медианы и межквартильных диапазонов (25%; 75%). Данные по экспрессии гена Nis распределены нормально и представлены в виде M ± SEM. Во всех группах n = 6. Различия с контролем (a) и с группой ТRH (b), а также между группами TPYox и TPYmp (c) статистически значимы при p < 0.05.

Скачать (154KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Экспрессия генов дейодиназ 2-го и 3-го типов (Dio2, Dio3) и рецептора ТТГ (Tshr) в щитовидной железе крыс при их обработке TPYox и TPYmp (в/б, 20 мг/кг). Оценивали экспрессию генов после окончания экспериментов – через 3.5 ч после обработки ТП или через 3 ч после введения ТРГ. Данные по экспрессии гена Dio3 (значения RQ) распределены ненормально и представлены в виде медианы и межквартильных диапазонов (25%; 75%). Данные по экспрессии генов Dio2 и Tshr распределены нормально и представлены в виде M ± SEM. Во всех группах n = 6. Различия с контролем (a) статистически значимы при p < 0.05.

Скачать (161KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025