通过靶向Switch II 口袋调控小G蛋白酶家族Ras、Rho和Rab

许多小GTP酶（除K-Ras外）都存在已成药的Switch II口袋，但具体的药物开发研究较少。哈佛医学院的研究人员通过X射线和HDX-MS对配体结合的H-Ras、RalA和Rab1A进行了表征，确认了Switch II口袋抑制剂对多种GTP酶功能的抑制效果。分析显示，Switch II口袋抑制剂类似物对Ras、Rho和Rab GTP酶也有抑制作用。研究还详细分析了关键残基的组成和保守性，为开发针对这些小GTP酶家族成员的优化抑制剂提供了潜力。

GTP酶及其调节因子和效应子作为分子开关，控制着许多基本细胞过程。其中大多数属于Ras超家族，包括Ras、Rho、Rab、Arf和Ran GTP酶。Ras GTP酶涉及细胞增殖和迁移，其异常调节与癌症和发育疾病（RASopathies）有关。Rho GTP酶（如RhoA、Rac1和Cdc42）控制细胞骨架和细胞运动的肌动蛋白动力学。Rab GTP酶是最大的亚家族，主要协调囊泡运输。而Arf GTP酶也参与运输途径，Ran GTP酶则协调核运输。

尽管这些小GTP酶在细胞生物学中具有重要意义，但成药实例非常有限。与ATP结合蛋白不同，GTP酶由于核苷酸的超强结合亲和力及无明显变构位点，一直被认为是“不可成药”的靶标。然而，K-Ras中的隐藏变构口袋（Switch II或SII口袋）的发现打破了这一传统观念，使靶向K-Ras（G12C）的抑制剂得以快速开发，包括FDA批准的药物LUMAKRAS (sotorasib)和Krazati (adagrasib)用于治疗非小细胞肺癌，以及正在临床试验中的抑制剂GDC6036 (divarasib)。不过，K-Ras是一个特例，尚不清楚其他GTP酶是否也可以类似靶向。

研究人员系统地绘制了各种GTP酶家族成员的SII口袋，并基于此设计了靶向小G蛋白酶的抑制剂。这些抑制剂不仅对K-Ras（G12C）有效，还对H-Ras（G12C）和N-Ras（G12C）有抑制作用。研究发现一些抑制剂对K-Ras（G12C）比对H-Ras（G12C）和N-Ras（G12C）的选择性更高，而其他一些抑制剂对每种Ras旁系同源物都有显著抑制效果。

此外，研究人员还探索了Ras家族中的其他成员，如RalA（G23C）、Rap1A（G12C）等，发现这些成员也可以被SII口袋抑制剂有效抑制。通过氢-氘交换液相色谱-MS（HDX-MS）分析，作者确认了SII口袋抑制剂对RalA（G23C）的结合，并进一步验证了其细胞内活性。

对于Rho和Rab家族的GTP酶，如RhoA、Rac1和Rab1A、Rab5C等，研究也显示了一些现有的K-Ras（G12C）抑制剂对这些酶的标记效果，但效果较差，需要进一步优化。

总的来说，尽管已有的K-Ras（G12C）抑制剂显示了对其他GTP酶的潜在抑制效果，但需要进一步通过药物化学进行优化，以开发出针对这些小GTP酶家族成员的高效抑制剂。

此次研究表明，开发针对Ras家族成员以外的GTP酶的可逆抑制剂是可行的，并展示了通过优化抑制剂支架以提高对其他GTP酶特异性的潜力。结果为未来的药物开发提供了新的方向。