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Identification of a novel PPARγ modulator with good anti-diabetic therapeutic index via structure-based screening, optimization and biological validation - 10/09/22

Doi : 10.1016/j.biopha.2022.113653 
Fangyuan Chen a, 1, Lei Ma a, 1, Guihui Cai a, 1, Junyuan Tang a, Yi Wang a, Qingmei Liu a, Xiawen Liu a, Ning Hou a, , Zhi Zhou a, b, , Wei Yi a,
a Guangzhou Municipal and Guangdong Provincial Key Laboratory of Protein Modification and Degradation & Molecular Target and Clinical Pharmacology, the State Key Laboratory of Respiratory Disease, School of Pharmaceutical Sciences & the Fifth Affiliated Hospital, Guangzhou Medical University, Guangzhou, Guangdong 511436, China 
b The Sixth Affiliated Hospital and Qingyuan People’s Hospital, Guangzhou Medical University, Qingyuan, Guangdong 511518, China 

Corresponding authors at: Guangzhou Municipal and Guangdong Provincial Key Laboratory of Protein Modification and Degradation & Molecular Target and Clinical Pharmacology, The State Key Laboratory of Respiratory Disease, School of Pharmaceutical Sciences & the Fifth Affiliated Hospital, Guangzhou Medical University, Guangzhou, Guangdong 511436, China.Guangzhou Municipal and Guangdong Provincial Key Laboratory of Protein Modification and Degradation & Molecular Target and Clinical Pharmacology, The State Key Laboratory of Respiratory Disease, School of Pharmaceutical Sciences & the Fifth Affiliated Hospital, Guangzhou Medical UniversityGuangzhouGuangdong511436China

Abstract

PPARγ is well-known as the target receptor of TZD anti-diabetic drugs. However, recently the therapeutic benefits of these TZD drugs have been compromised by many severe side effects because of their full PPARγ agonistic action to lock the AF-2 helix. Herein, we conducted a virtual screening in the combination with structure-based design, synthesis and biological evaluation both in vitro and in vivo, leading to the identification of a potent candidate YG-C-20 as the SPPARγM with improved and safer anti-diabetic therapeutics. Mechanistically, this compound presented such desired pharmacological profiles (e.g., preferable anti-diabetic efficiencies and minimized side effects) mainly via selectively inhibiting the CDK5-mediated phosphorylation of PPARγ-Ser273 and up-regulating the expression of insulin-sensitive genes Adiponectin and Glut4, yet lacking the classical full agonism to induce the adipogenesis and the expression of key adipogenic genes including PPARγ, aP2, CD36, LPL, C/EBPα and FASN. Further validation led to the final recognition of its (R)-configured isomer as the potential conformational form. Subsequent molecular docking studies revealed a unique hydrogen-bonding network of (R)-YG-C-20 with three full PPARγ agonism-unrelated residues, especially with PPARγ-Ser273 phosphorylation-associated site Ser342, which not only gives a clear verification for our structure-based design but also provides a proof of concept for the abovementioned molecular mechanism.

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Graphical Abstract




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Highlights

Benzodihydropyran YG-C-20 is identified and validated as a novel SPPARγM.
YG-C-20 presents potent anti-diabetic efficacy with minimized side effects.
YG-C-20 inhibits PPARγ-Ser273 phosphorylation and up-regulates Adiponectin/Glut4.
(R)-YG-C-20 is defined as the potential conformation with a unique binding mode.

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Chemical compounds studied in this article : Rosiglitazone (PubChem CID: 77999), Pioglitazone (PubChem CID: 4829), (S)-VSP-77 (PubChem CID: 139267749), Fenticonazole nitrate (PubChem CID: 51754), Decanoic acid (PubChem CID: 2969), Dexamethasone (PubChem CID: 5743), Insulin (PubChem CID: 16131098), Dimethyl sulfoxide (PubChem CID: 679), 3-Isobutyl-1-methylxanthine (PubChem CID: 3758), Glucose (PubChem CID: 5793)

Abbreviations : PPARγ, TZD, CDK5, Rosi, Pio, AF-2, SPPARγMs, FN, DA, SB-VHTS, SARs, Glut4, aP2, CD36, FASN, LPL, C/EBPα, TR-FRET, PDB, iPGTT, T2DM, LBD, DMEM, FBS, DMSO, WT, WAT, BAT

Keywords : SB-VHTS, SPPARγM, Benzozodihydropyran derivatives, Anti-diabetic effects, PPARγ-Ser273 phosphorylation


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Vol 154

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