Development of the first dual inhibitors for steroid sulfatase (STS) and 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (17β-HSD1) : a novel treatment approach for endometriosis

Abstract

Endometriosis is an estrogen dependent disease (EDD) that has no satisfying treatment option, as the existing ones mainly comprise endocrine treatments that lead to severe systemic hypo-estrogenic side effects. Steroid sulfatase (STS) and 17β hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (17β HSD1) are attractive new targets for the treatment of EDDs. Their inhibition leads to blockage of the local biosynthesis of estrogen without significantly affecting the circulating estrogen. The simultaneous inhibition of both enzymes appears to be more promising than the blockage of only one protein. The main aim of this study is the development of dual inhibitors of STS and 17β-HSD1 (DSHIs) that offers a novel treatment option for endometriosis without severe side effects. Using a designed multiple ligand (DML) approach, the first DSHIs were identified. Upon structural optimizations, highly potent inhibitors in cell-free and cellular assays were achieved that are characterized by high selectivity over 17β-HSD2 which plays a protective role in endometriosis. The DSHIs were able to efficiently reverse the E1-S and E1- induced T47D cell proliferation. The most interesting inhibitor described in this work is characterized by high metabolic stability in human and mouse hepatic S9 fraction, along with good physicochemical properties and high safety margins in cytotoxicity assays. Furthermore, this DSHI is considered a suitable candidate for in vivo proof of principle studies based on its pharmacokinetic profile.

Endometriose ist eine Estrogen-abhängige Erkrankung für die bislang keine zufriedenstellende Therapieoption existiert. Zum Einsatz kommen hauptsächlich endokrine Behandlungen, die systemisch zu stark hypoestrogenen Zuständen und damit zusammenhängenden, ernsthaften Nebenwirkungen führen. Die Enzyme Steroid Sulfatase (STS) and 17β-Hydroxysteroid Dehydrogenase Typ 1 (17β-HSD1) sind attraktive, neuartige Targets zur Behandlung Estrogen-abhängiger Erkrankung. Ihre Inhibierung führt zur Hemmung lokaler Estrogen-Biosynthese, ohne starke Beeinflussung systemischer Estrogen-Konzentrationen. Die gleichzeitige Hemmung beider Enzyme erscheint vielversprechender als die Blockade eines einzelnen Proteins. Ein Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung dualer Inhibitoren von STS und 17β-HSD1 (DSHIs). Solche Wirkstoffe sind eine neuartige Therapieoption für Endometriose, die nicht zu den erwähnten Nebenwirkungen führt. Unter Anwendung eines Ansatzes zum gezielten Design von Liganden mehrerer biologischer Targets wurden die ersten DSHIs identifiziert. Anschließende Strukturoptimierungen führten zu Wirkstoffen, die in Zell-freien und zellbasierten Assays beide Targetenzyme hochpotent hemmten. Darüberhinaus waren die DSHIs in der Lage, die Estronsulfat- und Estron-induzierte Proliferation von T47D Zellen vollständig aufzuheben. Die vielversprechendste Verbindung zeigt hohe metabolische Stabilität in den S9-Lebermikrosomenfraktionen von Mensch und Maus, vorteilhafte physiko-chemische Eigenschaften und geringe Cytotoxizität. Darüberhinaus zeigte sie günstige pharmakokinetische Eigenschaften in der Maus, was sie zu einem geeigneten Kandidaten für eine proof-of-principle Studie macht.