Cryo-EMは、強力なハイブリッド阻害剤の合理的な設計を可能にするNAV17阻害剤の前例のない結合部位を明らかにします

電圧依存性ナトリウム（NAV）チャネルNAV1.7は、ヒト疼痛症候群への関与により、潜在的な新規鎮痛標的標的として特定されています。ただし、臨床的に入手可能なNAVチャネルブロッキング薬は、9つのNAVチャネルサブタイプNAV1.1-NAV1.9の間で選択されません。さらに、現在既知の2つのクラスのNAV1.7サブタイプ選択阻害剤（アリールおよびアシルスルホンアミド）には、開発を制限する可能性のある望ましくない特性があります。この時点で、臨床開発候補GDC-0310によって例示されるNAV1.7阻害剤のアシルスルホンアミドクラスの構造活性関係の理解は、電圧センシングに境界を帯びたアリールスルホンアミド阻害剤の単一の共結晶構造のみに基づいています。ドメイン4（VSD4）。NAV1.7チャネルを標的とする阻害剤設計を進めるために、極低温リガンド結合NAV1.7-VSD4構造を追求しました。ここでは、GDC-0310がNAV1.7-VSD4が、ArylsulfonAmide阻害剤クラス結合ポーズに予期しない結合モードを介して関与し、NAVチャネルの以前は未知のリガンド結合部位を識別することを報告します。この発見により、アリールとアシルスルホンアミドの結合ポケットを橋渡しし、実質的に分化した構造と特性を持つ分子の生成を可能にする、新しいハイブリッド阻害剤シリーズの設計が可能になりました。全体として、私たちの研究は、反復的および高解像度構造誘導阻害剤設計を使用して、困難な薬物ターゲットを追求するCRYO-EM方法の力を強調しています。また、この作業は、VSD4を標的とする選択的NAVチャネルモジュレーターの最適化において、膜二重層の重要な役割を強調しています。

The voltage-gated sodium (NaV) channel NaV1.7 has been identified as a potential novel analgesic target due to its involvement in human pain syndromes. However, clinically available NaV channel-blocking drugs are not selective among the nine NaV channel subtypes, NaV1.1-NaV1.9. Moreover, the two currently known classes of NaV1.7 subtype-selective inhibitors (aryl- and acylsulfonamides) have undesirable characteristics that may limit their development. To this point understanding of the structure-activity relationships of the acylsulfonamide class of NaV1.7 inhibitors, exemplified by the clinical development candidate GDC-0310, has been based solely on a single co-crystal structure of an arylsulfonamide inhibitor bound to voltage-sensing domain 4 (VSD4). To advance inhibitor design targeting the NaV1.7 channel, we pursued high-resolution ligand-bound NaV1.7-VSD4 structures using cryogenic electron microscopy (cryo-EM). Here, we report that GDC-0310 engages the NaV1.7-VSD4 through an unexpected binding mode orthogonal to the arylsulfonamide inhibitor class binding pose, which identifies a previously unknown ligand binding site in NaV channels. This finding enabled the design of a novel hybrid inhibitor series that bridges the aryl- and acylsulfonamide binding pockets and allows for the generation of molecules with substantially differentiated structures and properties. Overall, our study highlights the power of cryo-EM methods to pursue challenging drug targets using iterative and high-resolution structure-guided inhibitor design. This work also underscores an important role of the membrane bilayer in the optimization of selective NaV channel modulators targeting VSD4.