De orale barrière doorbreken (3)

De ontdekking, optimalisatie en daaropvolgende wijziging van PN-235 (icotrokinra, JN-2113)

De voordelen van oraal toegediende cyclische peptiden zijn gedetailleerd beschreven in eerdere artikelen, waarbij PN-235 aanzienlijke aandacht kreeg als een van de weinige cyclische peptidegeneesmiddelen die momenteel beschikbaar zijn voor orale toediening. Op 21 juli 2025 maakten Protagonist en Janssen bekend dat ze een New Drug Application (NDA) hadden ingediend bij de FDA voor Icotrokinra, voor de behandeling van matige tot ernstige plaque psoriasis bij volwassenen en kinderen van 12 jaar en ouder. Indien goedgekeurd zal Icotrokinra naar verwachting het eerste orale geneesmiddel ter wereld worden dat zich richt op IL-23R voor de behandeling van psoriasis. Dit artikel richt zich op het ontdekkingsproces en de systematische optimalisatiestrategieën van dit molecuul, waarbij de publicatiedata van patenten als tijdlijn worden gebruikt, en vat ook mogelijke richtingen voor verdere optimalisatie samen.

Al in 2007 heeft Valorisation Hsj, Societe En Commandite een patentaanvraag ingediend voor IL-23R-peptideantagonisten (WO2009007849). Dit is een van de eerste patenten met betrekking tot IL-23R-peptideantagonisten in de openbaar beschikbare informatie. Dit octrooi beschrijft een reeks peptiden die zich richten op IL-23R, waaronder de agonist APG-2301 en de antagonisten APG-2303, APG-2305, APG-2307 en APG-2309 (sequenties weergegeven in de onderstaande figuur). Het team gebruikte de aminozuursequentie van IL-23R als basis, gecombineerd met computermodelleringstechnieken, om lineaire peptiden te genereren die overeenkomen met het scharniergebied (die IL-23 nabootsen en fungeren als IL-23R-antagonisten). Hiervan remden APG-2305 en APG-2309 effectief STAT3-fosforylering in splenocyten van muizen in vitro, met IC50-waarden van respectievelijk 1 nM en 2 nM. Bovendien verlichtte behandeling met APG-2309 in een IBD-model bij ratten op significante wijze het door ontstekingen geïnduceerde oedeem en roodheid, en verminderde de infiltratie van mucosale leukocyten en vasculaire congestie aanzienlijk, wat een goed ontstekingsremmend en therapeutisch potentieel aantoont.

In 2013 publiceerde Medical Diagnostic Laboratories (MDL) een patent (US20130029907) waarin de ontdekking werd beschreven van IL-23R-bindende peptiden met behulp van faagdisplaytechnologie, waarbij met succes verschillende peptidesequenties werden geïdentificeerd die specifiek binden aan IL-23R. Dit onderzoek construeerde een M13-faagdisplaybibliotheek met willekeurige 12-mer-peptidesequenties en voerde meerdere screeningsronden uit met behulp van oplosbaar recombinant IL-23R van volledige lengte en zijn splitsingsvarianten als doelwitten. Uiteindelijk werden 27 peptiden met bindingsactiviteit geïdentificeerd. Met name vertoonden deze peptidesequenties een lage gelijkenis met de IL-23-kristalstructuur gerapporteerd door Beyer et al. (VOB-ID: 3D85). Door sequentie-uitlijning ontdekten de onderzoekers dat 66,7% van de peptiden een geconserveerde herkenningssequentie bevatten: -WX1X2X3W-, waarvan werd aangenomen dat het een sleutelfunctioneel motief zou zijn voor binding aan IL-23R en het blokkeren van de stroomafwaartse signaaltransductie ervan (een representatieve sequentie wordt weergegeven in de onderstaande figuur). Vervolgens evalueerden de onderzoekers de remmende activiteit van de peptiden op de binding van IL-23 aan IL-23R met behulp van competitieve ELISA-experimenten, waarbij Peptide 23 (een 12-meer peptide) werd geïdentificeerd als het meest actieve peptide, dat de binding van IL-23 aan IL-23R (IC50=0.85 µM) aanzienlijk remde.

Op basis hiervan optimaliseerde het team de structuur van Peptide 23, inclusief het verlengen of verkorten van de C/N-uiteinden, het vervangen van interne aminozuren door zure/neutrale/basische aminozuren en cyclisatiemodificaties. Competitieve ELISA-resultaten toonden aan dat het verlengen van aminozuren aan beide uiteinden van Peptide 23 weinig effect had op de remmende activiteit ervan, maar verkorting leidde tot een afname van de remmende activiteit. Het wijzigen van de ladingseigenschappen van de "X"-residuen in het kernmotief -WX1X2X3W- (bijv. het vervangen van negatief geladen residuen door andere negatief geladen, polaire ongeladen of positief geladen residuen) had geen significante invloed op de remmende activiteit ervan, wat aangeeft dat de ladingskarakteristieken van de residuen in dit gebied geen sleuteldeterminanten zijn van bindingsactiviteit. Het vervangen van een van de tryptofaan (W) residuen in de kernstructuur door fenylalanine (F) of tyrosine (Y) behield zijn remmende vermogen, terwijl het vervangen ervan door alanine (A) de activiteit verminderde, wat consistent is met de sequentiekarakteristieken verkregen uit eerdere faagdisplay-screening.

Bovendien verzwakte het verkorten van Peptide 23.15 met behoud van de kernstructuur van -WQDYW-, hoewel het kernmotief behouden bleef, de remmende activiteit ervan aanzienlijk. Bovendien resulteerde het introduceren van cysteïne (Cys) aan beide uiteinden om een ​​cyclisch peptide te vormen in een activiteit die vergelijkbaar is met die van het lineaire peptide; het verminderen van de grootte van het cyclische peptide tot 7 of 9 peptiden terwijl de kernstructuur behouden bleef, verzwakte echter aanzienlijk het vermogen ervan om IL-23R te remmen.

In twee daaropvolgende patenten gepubliceerd door MDL (US20130172272 en US20160039878) gebruikten onderzoekers de -WX1X2X3W- kernstructuur als een scaffold en construeerden en screenden ze een gerichte peptidebibliotheek met behulp van ribosoomdisplaytechnologie (peptidebibliotheeksequentie: XXXWXXYWXXXX). Na acht screeningsronden werden de peptiden verder onderverdeeld op basis van de structuur -WX1X2YW-: groep A bevatte -WVDYW-, groep B bevatte -WQDYW- en groep C bevatte peptiden met andere kernsequenties. ELISA-activiteitstesten toonden aan dat Peptide nr.. 2/7 in Groep A superieure activiteit had vergeleken met Peptide nr.. 23.19 beschreven in het vorige patent. In competitieve ELISA-tests had Peptide nr.. 7 een IC50 van 58,0 nM, en Peptide nr.. 2 had een IC50 van 34,6 nM.

Vervolgens werden, met Peptide NO.2 en Peptide NO.7 als uitgangspunten, drie cyclische peptiden ontworpen en gesynthetiseerd: 2HT-AA, 7-CC en 7HT-AA. Hiervan vertoonde het molecuul 2HT-AA, gebaseerd op de kop-tot-staartcyclisatie van alanineresiduen aan beide uiteinden van Peptide NO.2, de beste activiteit (structuur weergegeven in de onderstaande afbeelding), met een competitieve ELISA IC50 van 8,1 nM en een reporteractiviteit van 341,8 nM (testmethode: IL-23 stimuleerde een DB-cellijn getransfecteerd met een STAT3-reportergen, en de remmende activiteit werd gekwantificeerd door het detecteren van reportergenexpressie). Dit vertegenwoordigde een 4-6-voudige toename in activiteit vergeleken met het lineaire peptide. In in vitro activiteitstesten remde 2HT-AA effectief de door IL-23 geïnduceerde IL-17F-secretie in menselijke Th17-cellen op een concentratieafhankelijke manier en blokkeerde de IL-22-productie in menselijke PBMC's en splenocyten van ratten. Tegelijkertijd verlaagde dit cyclische peptide ook de IL-17F-mRNA-niveaus in splenocyten van ratten. Helaas zijn er, ondanks de veelbelovende farmacologische activiteit van 2HT-AA, geen daaropvolgende optimalisatierapporten van deze cyclische peptidestructuur en zijn derivaten door MDL gevonden.