Cardiac disease continues to be a leading cause of death and hospitalizations
in developed countries. Transcription factors GATA4 and NKX2-5 are master
regulators of cardiac gene expression, taking part in multiple processes during
heart development, as well as hypertrophy and recovery after e.g. myocardial
infarction.
Pathological hypertrophy is a homeostatic process, which often leads to
cardiac dysfunction in pathological conditions (e.g. hypertension, genetic
alterations, and myocardial infarction) further progressing to heart failure.
There is an urgent need for treatments that would prevent disease
progression at a molecular level. To date, no therapies have directly targeted
the transcriptional regulation of cardiac hypertrophy. A novel treatment for
this target would be particularly interesting, as current treatments are slowing
the disease progression without directly targeting hypertrophic gene
expression.
The aim of this thesis was to design and synthesize nontoxic GATA4-
NKX2-5 interaction inhibitors with antihypertrophic activity and determine
their mechanism of action. Furthermore, the generated luciferase and toxicity
assay data were analyzed to select compounds for further evaluation. In
addition, different cycloaddition methods were explored for a facile synthesis
of isoxazole scaffold. Finally, the mechanism of action of the original hit
compound 1 was validated with affinity chromatography.
In conclusion, novel inhibitors of GATA4-NKX2-5 transcriptional synergy
were identified, which inhibit hypertrophic gene expression in rat
cardiomyocytes. Remarkably, the immobilized hit compound (1) was shown to
bind to GATA4 in the target validation study. In addition, with hierarchical
clustering, a group of synergy inhibitors were identified that did not inhibit
GATA4 transcriptional activity at 3 μM concentration. Further studies to
determine the therapeutic potential of these more selective compounds are
clearly needed.Sydänsairaudet ovat merkittävin kuolinsyy ja syy lisääntyneisiin
sairaalapäiviin teollisuusmaissa. Transkriptiotekijät GATA4 ja NKX2-5
säätelevät sydängeenien ilmentymistä ja osallistuvat moniin prosesseihin,
jotka liittyvät sydämen kehittymiseen, liikakasvuun ja esimerkiksi
sydäninfarktin jälkeiseen toipumiseen.
Patologinen liikakasvu on homeostaattinen prosessi, joka johtaa usein
toimintahäiriöihin sydämen patologisissa tiloissa (esim. verenpainetauti,
geneettiset muutokset ja sydäninfarkti) edeten sydämen vajaatoimintaan.
Tulevaisuudessa on suuri tarve hoitomuodoille, jotka hidastavat taudin
etenemistä molekyylitasolla. Nykyiset sydämen liikakasvun hoitomuodot eivät
kohdistu suoraan sydämessä tapahtuvan transkription säätelyyn. Uusi
hoitomuoto tähän kohteeseen olisi erityisen mielenkiintoinen, koska nykyiset
hoitomuodot hidastavat sairauden etenemistä mutta eivät suoraan vaikuta
sydämen liikakasvuun johtavien geenien ilmentymiseen.
Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli suunnitella ja valmistaa sydämen
liikakasvua vähentäviä GATA4:n ja NKX2-5:n välisen vuorovaikutuksen
estäjiä, jotka eivät olisi toksisia, sekä todentaa niiden vaikutusmekanismi.
Lusiferaasi- ja toksisuusdata analysoitiin, jotta voitaisiin valita yhdisteitä
jatkotutkimuksiin. Tämän lisäksi tutkittiin erilaisia sykloadditioreaktiota
isoksatsolirakenteisen molekyylirungon valmistamiseen. Lopuksi
alkuperäisen hit-yhdisteen 1 vaikutusmekanismi validoitiin käyttämällä
molekyylibiologisia menetelmiä ja affiniteettikromatografiaa.
Tässä väitöskirjatyössä tunnistettiin uusia GATA4:n ja NKX2-5:n
transkriptiosynergiaan vaikuttavia isoksatsolirakenteisia yhdisteitä, jotka
estävät rotan kardiomyosyyttien liikakasvuun johtavien geenien ilmentymistä.
Merkittävä löytö oli se, että hit-yhdiste (1) sitoutui GATA4:ään biologisen
vaikutuskohteen validointitutkimuksessa. Hyödyntäen hierarkista
klusterointia voitiin lisäksi tunnistaa joukko synergiaestäjiä, jotka eivät
estäneet GATA4:n transkriptioaktiivisuutta, kun yhdisteiden pitoisuus oli 3
μM. Lisätutkimuksia tarvitaan, jotta voitaisiin arvioida näiden aiempaa
selektiivisempien yhdisteiden toimivuutta mahdollisissa lääkehoidoissa
