Progettazione e Sintesi di nuovi inibitori dell’inflammasoma NLRP3

Inflammasomes are a family of intracellular protein complexes essential for the maintenance of homeostasis of the body. They can activate the innate immune system through the release of inflammatory interleukins (IL-1β and IL-18) and the initiation of a gasdermal-mediated cell death process known as pyrptosis. NLRP3 appears to be the inflammasome most involved in chronic inflammatory processes, which gradually lead to loss of tissue function. The activation of this protein is related to the appearance and/or progression of numerous diseases that may involve peripheral areas and the central nervous system. Among them, we can mention the cryopyrin-associated periodic syndromes (CAPS), gout, type II diabetes, Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, multiple sclerosis and, following recent studies, hypotheses have been advanced on its involvement in the "post-COVID-19 syndrome" (PCS) and the development of associated neuroinflammatory diseases [1,2].The development of new inhibitors selective for NLRP3 turns out to be a necessity in order to go to contrast a wide range of very different pathologies which have as their common element the chronic inflammation. In 2021, Dekker and collaborators published an important article in which they reported the X-ray structure of the NACHT domain of NLRP3 in complex with NP3-146, a powerful selective inhibitor (PDB id: 7ALV) [3]. The present work aims to identify and synthesize new promising scaffolds capable of selectively inhibiting NLRP3. Following a "ligand-based" approach, based on the interactions shown by NP3-146, sulfamethoxazole was selected as the lead compound. Some derivatives of this molecule have been designed with the aim of evaluating what are the modifications to the structure that can increase the interaction with the target. The ability of such structures to bind NLRP3 inflammasoma has been hypothesized through molecular docking on the 7ALV model and, for synthesized molecules, confirmed by cell model testing. The results have confirmed that the path taken is promising and that, following further research, it will be possible to identify the most promising scaffold to synthesize more powerful and selective inhibitors.

Gli inflammasomi sono una famiglia di complessi proteici intracellulari indispensabili per il mantenimento dell’omeostasi del corpo. Essi sono in grado di attivare il sistema immunitario innato attraverso il rilascio di interleuchine infiammatorie (IL-1β e IL-18) e l’innesco di un processo di morte cellulare gasdermina-mediata noto come piroptosi. NLRP3 risulta essere l’inflammasoma maggiormente coinvolto nei processi infiammatori cronici, i quali portano progressivamente alla perdita delle funzioni tissutali. L’attivazione di tale proteina è correlata alla comparsa e/o alla progressione di numerose malattie sia a livello periferico che a livello del sistema nervoso centrale tra le quali possiamo citare le criopirinopatie (CAPS, cryopyrin-associated periodic syndromes), la gotta, il diabete di tipo II, la malattia di Alzheimer, il morbo di Parkinson, la sclerosi multipla e, in seguito a recentissimi studi, sono state avanzate ipotesi sul suo coinvolgimento nella “post-COVID-19 syndrome” (PCS) e lo sviluppo di malattie neuroinfiammatorie ad essa associate [1,2]. Lo sviluppo di nuovi inibitori selettivi per NLRP3 risulta essere una necessità per andare a contrastare un’ampia gamma di patologie molto differenti tra loro ma accomunate dalla presenza di un’infiammazione cronica dannosa per il tessuto coinvolto. Nel 2021, Dekker e collaboratori hanno pubblicato un importante articolo nel quale era riportata la struttura X-ray del dominio NACHT di NLRP3 in complesso con NP3-146, un inibitore a struttura sulfonilureidica (PDB id: 7ALV) [3]. Il presente lavoro si pone come obiettivo quello di andare ad individuare e sintetizzare nuovi promettenti scaffold in grado di inibire selettivamente NLRP3. In seguito ad un approccio “ligand-based”, fondato sulle interazioni mostrate da NP3-146, è stato selezionato il sulfametossazolo come lead compound. Sono stati progettati alcuni derivati di tale molecola con l’obbiettivo di valutare quali sono le modifiche alla struttura in grado di aumentare l’interazione con il target. La capacità di legare l’inflammasoma NLRP3 di tali strutture è stata ipotizzata attraverso il docking molecolare sul modello di 7ALV e, per le molecole sintetizzate, confermata mediante test su modelli cellulari. I risultati ottenuti hanno confermato che la strada intrapresa è promettente e che, in seguito ad ulteriori ricerche, sarà possibile identificare il migliore scaffold sul quale progettare nuovi inibitori più potenti e selettivi.