Assessment of the inhibition potency against PI4KB of a library of substituted bithiazoles

Phosphatidylinositol 4-kinase IIIβ (PI4KIIIβ) is an enzyme that catalyzes phosphorylation of phosphatidylinositol (PI) on the D4 position, resulting in the production of phosphatidylinositol 4-phosphate (PI4P). This product is essential for the cell paying a pivotal role in signalling and cellular trafficking, principally at the Golgi and trans-Golgi network (TNG). Moreover, PI4P is used by many positive strand RNA viruses, as Enterovirus (EVs), to build their replication machinery. Viruses can hijack one of four PI4K isoforms of type III to generate PI4P lipid enriched organelles necessary for their replication into the host cell. Additionally, recent studies have demonstrated a link between viral replication and pulmonary exacerbations of different diseases as Cystic Fibrosis. Consequently, PI4KIIIβ has been identified as a therapeutic target and many research groups are developing new inhibitors to be used for CF treatment. The group directed by Prof. Radi, at the University of Parma, has developed new libraries of substituted bithiazoles that were evaluated toward PI4KIIIβ activity in this thesis. In particular, we assessed the potency of inhibition of those compounds evaluating their ability to impair PI4KIIIβ activity in in vitro assays. Moreover, we have tested these inhibitors also against another kinase, PI3KCA (Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha isoform) to assess their selectiveness towards only PI4KIIIβ. The compounds tested proved to be highly selective, with some of them exhibiting high inhibition potency toward PI4KIIIβ.

Per il mio progetto di tesi, mi sono occupato di eseguire saggi di valutazione di potenziali inibitori contro una specifica chinasi lipidica, la fosfatidilinositolo 4-chinasi IIIβ (PI4KIIIβ). La reazione di fosforilazione del fosfatidilinositolo (PI), in posizione D4, catalizzata da questo enzima ha come prodotto il fosfatidilinositolo 4-fosfato (PI4P). Quest’ultimo è presente a livello dell’apparato di Golgi e a livello di una complessa rete di membrane e vescicole ad esso associata, nota come trans-Golgi network (TNG). Il PI4P assolve a funzioni essenziali all’interno della cellula, ed in particolare è coinvolto nella propagazione del segnale in diverse vie di segnalazione e nel traffico delle vescicole cellulari. Inoltre, alcuni virus con genoma a RNA a singolo filamento positivo necessitano del PI4P generato dall’attività enzimatica di PI4KIIIβ per organizzare membrane lipidiche che servono come piattaforme per la loro replicazione. Esistono diverse famiglie di virus, come i Picornaviridae, a cui appartengono gli enterovirus (EVs), che utilizzano questa strategia. Le infezioni da EVs possono portare a varie patologie come meningite, encefalite, gastroenterite, malattie respiratorie delle vie aeree superiori ed inferiori ecc. Queste infezioni sono anche importanti nel decorso di malattie respiratorie come la Fibrosi Cistica (FC). Di conseguenza la PI4KIIIβ è considerata un ottimo bersaglio terapeutico per contrastare infezioni da EVs, in particolare in pazienti affetti da FC. Per questa ragione, il gruppo di ricerca del Prof. Marco Radi (Dipartimento di Scienze degli Alimenti e del Farmaco, Università di Parma), ha sintetizzato tre librerie di sostituti bitiazolici che sono stati valutati in questo progetto di tesi per la lora capacità di inibire PI4KIIIβ. L’attività enzimatica è stata valutata tramite saggi in vitro basati sull’uso di [γ33P]. In particolare, abbiamo valutato la potenza di inibizione di quei composti valutando la loro capacità di compromettere l'attività di PI4KIIIβ nei saggi in vitro. Inoltre, abbiamo testato questi inibitori anche contro un'altra chinasi, PI3KCA (Phosphatidylinositol 4,5-bisfosfato 3-chinasi subunità catalitica isoforma alfa) per valutare la loro selettività verso solo PI4KIIIβ. I composti testati si sono dimostrati altamente selettivi, con alcuni di essi che mostrano un'elevata potenza di inibizione verso PI4KIIIβ.