Development of Irreversible Pan-FGFR Inhibitors with Anticancer Activity Based on 5′,7-Modified 7-Deaza Adenosine Scaffolds = 5′,7-변형된 7-deaza 아데노신 스캐폴드를 기반으로 한 항암 활성을 갖는 비가역적 pan-FGFR 억제제의 개발

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Fibroblast growth factor receptors (FGFRs) are frequently dysregulated in diverse cancers and represent important therapeutic targets. Here, we describe the design and synthesis of nucleoside-based irreversible pan-FGFR inhibitors. Structure-activity relationship studies, supported by X-ray co-crystal structure and molecular dynamics simulations analysis, identified the fused aromatic substituents and 4'-thio ribose enhanced FGFR potency, while enantiomeric inversion of ribose compromised activities. Thus, 7-methoxy-5-methylbenzo[b]thiophene scaffold and ribose moiety were identified as critical determinants of potency and selectivity. Representative compounds, such as 13f, 19e, and 22f demonstrated potent FGFR1–4 inhibition and dose-dependent suppression of FGFR1-mediated signaling. These compounds exhibited strong antiproliferative activity in both FGFR-driven and wild-type cancer models. Compound 22f showed efficient irreversible FGFR engagement and improved metabolic stability, with covalent binding to the conserved cysteine residue confirmed at the protein and cellular levels. Overall, these results establish nucleoside analogues as a privileged scaffold for covalent pan-FGFR inhibition.

국문 초록 (Abstract)

배경 및 목적: Fibroblast growth factor receptor(FGFR)는 다양한 암에서 빈번하게 이상 발현되며 중요한 치료 표적이다. 본 연구에서는 비가역적 pan-FGFR 억제를 가능하게 하는 신규 뉴클레오사이드 기반 스캐폴드를 설계·합성하여 항암 전략으로서의 가능성을 제시하고자 하였다.
방법: 일련의 뉴클레오사이드 유도체를 합성한 후 구조-활성 상관관계(SAR) 연구를 수행하였다. 또한 X-ray 공결정 구조 분석과 분자역학 시뮬레이션을 통해 선택성과 효능에 기여하는 주요 구조적 인자를 규명하였다. 대표 화합물들에 대하여 FGFR1–4 단백질에 대한 생화학적 효능 평가, HCT116 (FGFR1 amplification) 및 RT4 (FGFR3-TACC3) 세포주에서의 항증식 효과 평가, 대사적 안정성 분석 및 공유결합 형성 여부 검증을 수행하였다.
결과: SAR 분석 결과, fused aromatic 치환기와 4'-thio ribose 도입은 FGFR 억제 활성을 향상시켰으며, ribose의 입체화학 반전은 활성을 감소시켰다. X-ray 공결정 구조 분석을 통해 두 개의 hydroxyl group이 water-mediated hydrogen bond network를 형성하여 리간드를 안정화시키고 reference 화합물 대비 활성을 향상시킴을 확인하였다. 특히 7-methoxy-5-methylbenzo[b]thiophene scaffold와 ribose 구조가 핵심 요소로 도출되었다. 대표 화합물 13f, 19e, 22f는 FGFR1-4에 대한 강력한 억제 활성을 나타내었고, FGFR1-mediated signaling을 농도 의존적으로 억제하였으며, FGFR-driven 및 FGFR wild-type 암 모델 모두에서 우수한 항증식 활성을 보였다. 이 중 22f는 단백질 및 세포 수준에서 비가역적 공유결합 결합을 명확히 확인하였고, 향상된 대사 안정성을 나타냈다.
결론: 뉴클레오사이드 기반 analogue는 비가역적 pan-FGFR 억제를 위한 유망한 privileged scaffold로 기능할 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 FGFR 활성화에 의해 구동되는 암 치료 전략으로서 해당 계열 화합물의 높은 개발 가능성을 제시하며, 향후 연구에서는 안정성 및 물리화학적 특성 최적화를 통해 전임상·임상 개발로의 진전을 도모할 예정이다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 3
• Chapter 2. Results and Discussion 5
• Chapter 3. Conclusion 27
• Chapter 4. Experimental 28
• Bibliography 49
• Abstract in Korean 53