Synthesis of potential modulators of NLRP3 inflammasome activity

Praca omawia rolę inflamasomu NLRP3 – białkowego kompleksu uwalniającego interleukinę(IL) 1β i IL 18 – jako centralnego elementu chronicznego zapalenia i jego związek z różnymi chorobami przewlekłymi: astmą, chorobami stawów czy miażdżycą.Opracowanie skutecznych inhibitorów inflamasomu NLRP3 jest utrudnione ze względu na złożoną strukturę białka i ograniczenia klasycznych terapii, co uzasadnia potrzebę zastosowania nowatorskiej strategii celowanej degradacji białek (TPD). Degradery oferują całkowite usunięcie NLRP3, minimalizując lekooporność i obniżając potencjalne toksyczne skutki terapii. Technologia AUTOTAC wyróżnia się spośród strategii TPD unikalnym mechanizmem opartym na autofagiczno-lizosomalnym szlaku degradacji, umożliwiając skuteczną i selektywną eliminację białek, w tym patologicznych agregatów, niezależnie od ubikwitynacji. Praca zawiera szczegółowy opis optymalizacji syntezy degraderów AUTOTAC, łączących ligand specyficzny dla białka NLRP3 z ligandem białka SQSTM1/p62. Synteza ligandów dla białka NLRP3 osiągnęła dobrą wydajność (do około 83 %), zaś ligandu SQSTM1/p62 do około 88 %. Jednakże końcowe sprzęganie ligandów w celu uzyskania związku końcowego charakteryzowało się niską wydajnością (3.3–5.2 %) pomimo licznych prób optymalizacyjnych, obejmujących między innymi zastosowanie mikrofal, różnych zasad, rozpuszczalników oraz ultradźwięków. Zsyntetyzowane związki oceniono pod kątem wpływu na aktywność kaspazy-1, wydzielanej w wyniku aktywacji inflamasomu NLRP3. Związek 7.1 wykazał istotne obniżenie poziomu kaspazy-1, przewyższając działanie kontrolnego inhibitora NLRP3, natomiast związek 7.2 nie wykazał aktywności w badaniach in vitro.

This thesis explores the pivotal role of the NLRP3 inflammasome, a protein complex responsible for releasing the cytokines IL-1β and IL-18, in chronic inflammation and its association with various diseases, including asthma, joint diseases, and atherosclerosis.The development of effective NLRP3 inflammasome inhibitors is hindered by the protein's complex structure and the limitations of traditional therapies, highlighting the need for an innovative targeted protein degradation (TPD) strategy. Degraders can completely remove NLRP3, minimising drug resistance and reducing the potential toxic effects of therapy. Among TPD strategies, AUTOTAC technology stands out with its unique mechanism based on the autophagic-lysosomal degradation pathway. This enables the effective and selective elimination of proteins, including pathological aggregates, regardless of ubiquitination.This paper provides a detailed description of optimising the synthesis of AUTOTAC degraders by combining a ligand specific to the NLRP3 protein with a ligand for the SQSTM1/p62 protein. Synthesis of the NLRP3 ligand achieved yields of up to approximately 83%, while the SQSTM1/p62 ligand yielded approximately 88%. However, despite numerous optimisation attempts, including the use of microwaves, various bases, solvents and ultrasonification the final coupling of ligands to obtain the final compound was characterised by low yield (3.3–5.2%).The synthesised compounds were evaluated for their effect on the activity of caspase-1, which is secreted upon activation of the NLRP3 inflammasome. While compound 7.1 significantly reduced caspase-1 levels, exceeding the effect of the control NLRP3 inhibitor, compound 7.2 showed no activity in in vitro studies.