ASK1 (Apoptosis signal‑regulating kinase 1, MAP3K5)

• gene map
• Activation

Binding Site

• ASK1의 ATP-결합 소켓은 hinge region에 위치하며, Gln756, Val757, Lys709 같은 잔기들이 수소결합으로 상호작용.
• 예: selonsertib는 IC₅₀ 3 nM쯤으로 Lys709‑Val757 부위와 핵심 H‑bonds를 형성하여 강한 억제를 보임.
  • Selonsertib(a potent ASK1 inhibitor)의 분자구조

ASK1 IC50 predictinon에서의 중요 인자들

• 분자 구조

  • 핵심 H‑bond donor/acceptor: 예를 들어 Gln756, Val757, Lys709 부위와 수소결합 가능한 작용기 (예: 아미드, 히드록실, 아진 등).
    • Hinge region (Gln756·Val757), catalytic Lys709와 H‑bond 형성에 중요한 작용기 (다음 작용기가 포함된 scaffold는 IC₅₀를 낮추는 데 기여 (즉, 더 높은 결합 친화성과 억제력))
      1. Triazole ring (예: 1,2,4‑triazole)
         • SMILES: c1nnc(n1)
         • H‑bond acceptor/donor 기능, Lys709와 결합
      2. Tetrazole ring
         • SMILES: c1nn[n+](n1)[O−] 또는 c1[nH]nnn1
         • hinge region의 Gln756·Val757에 수소결합 acceptor로 작용
      3. Sulfoxide group
         • SMILES: [O=S] (예: R–S(=O)–R′)
         • Asp822 (DFG motif), catalytic Lys709에 H‑bond acceptor로 작용
      4. Amide carbonyl (C=O)
         • SMILES: C(=O)N 또는 NC(=O)
         • catalytic Lys709와 H‑bond 형성, IC₅₀ 감소 효과
  • hinge region binding compatibility: ATP 자리의 hinge‑binding 모티프에 대응할 수 있는 방향성 극성기.
    • ATP자리 hinge-binding 모티프에 대응 가능한 방향성 극성작용기 (다음 작용기들은 Gln756 또는 Val757와 H‑bond acceptor로 작용하며, 이런 기능기가 있을수록 IC₅₀는 낮아짐 (즉, 효능이 증가).)
      • Tetrazole: c1nn[nH]n1
      • Triazole: c1nnc(n1)
      • Amide: C(=O)N
      • Sulfonamide: S(=O)(=O)N (예: triazole‑sulfonamide scaffold)
  • aromatic scaffold 및 π‑stacking: gate area나 front pocket에서 Val‑사슬과 stacking interaction.

• 소수성 / 친수성:

  • hydrophobic pocket 적합성: ATP-binding site 주변 소수성 잔기(예: Val, Leu)와 잘 상호작용할 수 있는 비극성 ring 구조.

    → log P (octanol-water partition coefficient), TPSA (total polar surface area) 지표로 추정 가능.

  • polar surface area 및 극성 용매화: 너무 친수성일 경우 단백질 접합 전달성이 떨어짐, 반면 지나치게 소수성일 경우 용해도 한계.

• 전자적 특성:

  • pKa, 전자친화도, 전하 분포: protonation state (예: 트라이아졸, 아민 작용기) 및 전자공여/전자받는 성질이 결합 강도에 영향.

    1. pKa: 일반적으로 key donor/acceptor 작용기 (예: 아민)은 pKa ~6–9 범위 내에서 protonation 상태가 조절되어야 효율적 (예: triazole은 중성 or 약 pKa ~2–4, 수소결합 donor 역할 가능)
    2. 전자친화도 / Partial charges:
       • H‑bond acceptor 작용기들은 음의 partial charge (예: sulfoxide 산소, tetrazole N‑atoms)
       • heterocycle aromatic core: Polarizable heterocycles (e.g. triazole, tetrazole, pyridine)는 좋은 전자밀도 매칭

  • dielectric environment 적합: 약물‑단백질 binding pocket의 극성 정도와 ligand의 극성 매칭 성능.

    • ATP-binding pocket은 중극성이므로, dielectric constant ~4‑20
    • ligands는 너무 극성 (pocket 밖에서 solvation 높고 binding 낮음) 또는 너무 소수성 (binding 안착 어려움) 피해야 함.

    → 그러므로 heterocycle + aromatic core + polar H‑bond moiety 균형 중요.

• 분자량 / 크기:

  • 일반적으로 키나제 ATP 경쟁 억제제는 300‑500 Da 범위. 너무 크면 docking steric hindrance, 너무 작으면 결합 친화성 저하.

physical/chemical properties: kinase domain(KD)

• KD 역할

KD의 N‑and C‑lobe 구조, DFG 모티프, α‑C helix 위치 변화에 따라 Type I 또는 II 억제제들이 ATP 경쟁적으로 결합하며, solubility, lipophilicity, polar surface area 등이 IC₅₀에 큰 영향을 줌.

ASK1 IC50 predictinon에서의 중요 인자들

• 분배계수(log P), 용해도, polar surface area (TPSA): 균형 잡힌 log P (약 2–4) 및 TPSA는 세포 내 penetration과 binding 적합성에 도움.

  • 친수성/소수성 지표 및 범위 (→ 극성/비극성 그룹 균형 조절)
    1. log P (octanol-water partition coefficient):
       • 적정 범위: 약 2 – 4
    • TPSA (total polar surface area):
      • 이상적으로 60 – 120 Ų

• 구조 유연성 / 회전 가능성: single bond rotatable count가 너무 많을경우 entropy 비용 크고, 고정된 scaffold 구조는 hinge 결합에서 강한 결합항 제공.

  • Single bond rotatable count(> 7–8)가 많으면 entropy 불리

    : 구조 유연성 증가 → ligand free 상태에서 entropy cost 큼 → binding affinity ↓

  • Rigid scaffold (예: ring 시스템, fused aromatic/heterocycle): hinge 부위에 정확하고 강한 결합 포지셔닝 가능(binding entropy 최적화) → 결합상 우위

    → 가능한 고정된 ring, aromatic scaffold, heterocycle backbone 갖는 쪽이 binding 안정적이며 더 낮은 IC₅₀를 유도

• 경쟁부위 및 allosteric site: 일부 비경쟁형 억제제는 Trx 결합 부위를 안정화하거나 oligomerization interface를 막기도 함.

• 타겟 변이 및 Phosphorylation 상태: Thr845 인산화 상태, oligomerization 및 단백질 결합 파트너 (ex. TRAF2/5/6, 14‑3‑3) 존재 유무가 inhibitor 접근성에 영향

검증된 ASK1 억제제와 이의 IC50값