グリコーゲンホスホリラーゼの阻害剤の設計：アルファおよびベータ-C-グルコシドおよび1-チオベータ-D-グルコース化合物の研究

アルファ-D-グルコースは、グリコーゲンホスホリラーゼBの弱い阻害剤であり（KI = 1.7 mM）、肝臓のグリコーゲン代謝の生理的調節因子として作用します。グルコースは触媒部位でホスホリラーゼに結合し、酵素の不活性T状態を安定させる立体構造変化をもたらし、タンパク質ホスファターゼ1の作用を促進し、グリコーゲン合成酵素を刺激します。肝臓では、グリコーゲンホスホリラーゼに対する親和性が大きいグルコース類似体がより効果的な調節剤をもたらす可能性があることが示唆されています。いくつかのアルファおよびベータ - アニヒドログルコヘプトン酸誘導体と1-デオキシ-1-チオベータ-D-グルコース類似体が合成され、グリコーゲンホスホリラーゼを使用した一連の結晶学的および速度論的結合研究でテストされています。結合した酵素リガンド複合体の構造結果は、結果として生じる親和性とともに、より良い阻害剤を引き起こす可能性のある分子相互作用を理解し、活用するために分析されています。この作業では、次のことが示されています。（i）さまざまな相互作用セットを通じて同様の親和性が得られる場合があります。具体的には、アルファおよびベータグルコース-C-アミドの場合、水分子からタンパク質へのリガンドからの相互作用を介して、アルファアノマーと同様のKi（それぞれ0.37および0.44 mm）が得られ、ベータ- リガンドからタンパク質への直接的な相互作用によるアノマー。したがって、水を介した水素結合は、タンパク質と直接水素結合の結合エネルギーと同様の結合エネルギーに寄与する可能性があります。（ii）追加のグループによる阻害を改善しようとする試みは、常に予想される結果につながるとは限りませんでした。α-カルボキサミドに非極性基を添加すると、椅子からスキューボートへのピラノース環の立体構造が変化し、その結果としては好ましい水素結合が失われ、KIの増加が変化しました。（iii）アルファ - カルボキサミドへの極性基を添加すると、椅子の立体構造を伴う化合物が生じ、研究された例では、水分子による水分補給が椅子の立体構造を保持するのに十分な安定化を提供する可能性があるようです。（iv）最良の阻害剤は、親beta-d-グルコースから46倍のKIの改善を示したN-メチル - ベータ - グルコースC-カルボキサミド（Ki = 0.16 mm）でした。KIの減少は、アミド窒素から主鎖カルボニル酸素への単一の水素結合、水分子の変位によるエントロピーの増加、およびメチル置換液および非極性タンパク質産物の間の好ましいファンデルワールス接触によって説明される可能性があります。。（250語で切り捨てられた要約）

alpha-D-Glucose is a weak inhibitor of glycogen phosphorylase b (Ki = 1.7 mM) and acts as a physiological regulator of hepatic glycogen metabolism. Glucose binds to phosphorylase at the catalytic site and results in a conformational change that stabilizes the inactive T state of the enzyme, promoting the action of protein phosphatase 1 and stimulating glycogen synthase. It has been suggested that, in the liver, glucose analogues with greater affinity for glycogen phosphorylase may result in a more effective regulatory agent. Several alpha- and beta-anhydroglucoheptonic acid derivatives and 1-deoxy-1-thio-beta-D-glucose analogues have been synthesized and tested in a series of crystallographic and kinetic binding studies with glycogen phosphorylase. The structural results of the bound enzyme-ligand complexes have been analyzed, together with the resulting affinities, in an effort to understand and exploit the molecular interactions that might give rise to a better inhibitor. This work has shown the following: (i) Similar affinities may be obtained through different sets of interactions. Specifically, in the case of the alpha- and beta-glucose-C-amides, similar Ki's (0.37 and 0.44 mM, respectively) are obtained with the alpha-anomer through interactions from the ligand via water molecules to the protein and with the beta-anomer through direct interaction from the ligand to the protein. Thus, hydrogen bonds through water can contribute binding energy similar to that of hydrogen bonds directly to the protein. (ii) Attempts to improve the inhibition by additional groups did not always lead to the expected result. The addition of nonpolar groups to the alpha-carboxamide resulted in a change in conformation of the pyranose ring from a chair to a skew boat and the consequent loss of favorable hydrogen bonds and increase in the Ki. (iii) The addition of polar groups to the alpha-carboxamide led to compounds with the chair conformation, and in the examples studied, it appears that hydration by a water molecule may provide sufficient stabilization to retain the chair conformation. (iv) The best inhibitor was N-methyl-beta-glucose-C-carboxamide (Ki = 0.16 mM), which showed a 46-fold improvement in Ki from the parent beta-D-glucose. The decrease in Ki may be accounted for by a single hydrogen bond from the amide nitrogen to a main-chain carbonyl oxygen, an increase in entropy through displacement of a water molecule, and favorable van der Waals contacts between the methyl substituent and nonpolar protein residues.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)