Arginine

近期，一篇发表于《Journal of Medicinal Chemistry》的研究论文 “Discovery of a Potent and Selective Protein Arginine Methyltransferase 5 (PRMT5) PROTAC Degrader” 引起了广泛关注。该研究发现了一种高效且选择性的蛋白质精氨酸甲基转移酶5（PRMT5）降解剂 MS115，为癌症治疗带来了新的希望。PRMT5：癌症治疗关键靶点PRMT5 属于II型 PRMT，主要催化蛋白质底物中精氨酸残基的单甲基化和对称二甲基化修饰。它能作用于组蛋白（如H2AR3、H3R2、H3R8 和 H4R3 等位点），影响染色质的结构和功能，进而调控基因的表达；还能修饰非组蛋白，像p53、EGFR、N-MYC 和 SmD3 等，参与细胞内多种信号通路的调节。在细胞内，PRMT5 参与了包括染色质重塑、转录、前体mRNA 剪接、DNA复制和修复以及细胞周期调控等重要生物学过程。这些过程对于细胞的正常生长、分化和功能维持至关重要。研究发现，在肿瘤发生过程中，PRMT5 常常过表达，与多种癌症（如乳腺癌、前列腺癌等）的不良预后相关，因此是极具潜力的癌症治疗靶点。此前虽已报道多种 PRMT5 小分子抑制剂，部分还进入了临床试验阶段，但它们存在剂量限制性毒性，如中性粒细胞减少、血小板减少和贫血等问题。这促使科研人员寻找更有效且安全的治疗策略。图1.代表性PRMT5抑制剂和降解剂的化学结构PROTAC 技术：创新的治疗手段蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）技术是一种新兴的靶向治疗方法。它由与目标蛋白（POI）结合的部分和 E3 泛素连接酶的配体相连构成。PROTAC 能使目标蛋白与 E3 泛素连接酶接近，通过泛素 - 蛋白酶体系统（UPS）实现目标蛋白的选择性多泛素化和降解。由于其催化性质，PROTAC在低剂量下也可能具有高效性，有望克服传统小分子抑制剂的局限性。迄今为止，MS4322和最近发表的PRMT5降解剂YZ-836P（图1）是该领域唯一的PRMT5降解剂。然而，两种降解剂都只有适度的降解效力。研究团队之前报道的MS4322，虽选择性地降解PRMT5，并抑制多个癌细胞系中的细胞生长，但存在降解动力学慢、效力中等的问题，且缺乏结构 - 活性关系（SAR）分析。因此有望通过进一步的改造优化以提高降解效力。MS115 的发现与优化为了改进 PRMT5 降解剂的性能，研究人员进行了一系列设计和合成工作。他们以比 EPZ015666 更有效的 PRMT5 抑制剂 GSK3326595 和 GSK591 为基础，参考分析EZP015666、GSK591与PRMT5结合的共晶结构(图2)，研究人员提出了GSK3326595 的乙酰哌嗪部分是溶剂暴露区域，可以用于接头附着点。通过连接不同的聚乙二醇（PEG）和烷基链接子以及 VHL 配体，设计合成了一系列潜在的PRMT5 降解剂（化合物6-33）。在三阴性乳腺癌细胞（TNBC）中评估这些化合物对 PRMT5 和其结合伴侣 MEP50 的降解效果时发现，PEG 链接子和相对较长的烷基链接子更有利于PRMT5/MEP50 的降解，其中化合物10（MS115）表现最为突出。图2.(A)PRMT5与EZP015666配合物的共晶结构。（B）PRMT5与GSK591配合物的共晶结构图3.GSK3326595和GSK591（化合物1-2）和VHL配体（化合物3-5）以及新型设计的PRMT5 PROTACs（化合物6-33）的化学结构图4.不同化合物处理后的 WB 分析结果MS115 的卓越性能高效降解：MS115 能在浓度和时间依赖的方式下，高效降解PRMT5 和 MEP50。与 MS4322 相比，它在低纳摩尔浓度下就能有效发挥作用，DC50 值分别为 17.4±1.3 nM（PRMT5）和 11.3±1.4 nM（MEP50），且降解率均超过 85%。在时间进程实验中，PRMT5 在处理 6 小时后开始降解，MEP50 在 12 小时后开始降解，而 MS4322 在相同条件下效果较差。图5.化合物10降解PRMT5和MEP50的效果研究作用机制：MS115 介导的 PRMT5 和 MEP50 降解依赖于与 VHL 和 PRMT5 的结合，且通过 UPS 途径进行。研究人员设计了阴性对照化合物34和35，实验表明，只有 MS115 能有效降解 PRMT5 和 MEP50，而对照化合物无此作用。此外，用蛋白酶体抑制剂 MG132 或 neddylation 抑制剂 MLN4924 预处理细胞，能成功挽救 MS115 诱导的 PRMT5/MEP50 降解，敲除 VHL 基因也会削弱 MS115 的降解能力。图6.化合物10的机制研究高选择性：通过基于质谱的全球蛋白质组学研究，发现 MS115 是一种高度选择性的 PRMT5/MEP50 复合物降解剂。在处理 MDAMB468 细胞后，在超过 2700 种定量蛋白质中，只有 PRMT5 和 MEP50 的表达显著下调。图7.化合物10的选择性研究抑制肿瘤细胞增殖：MS115 对多种乳腺癌细胞（如 MDAMB468、MDAMB453、MDAMB231、MCF7、BT549 和HCC70）和前列腺癌细胞（PC-3）的增殖具有显著抑制作用。在细胞活力和克隆形成实验中，它比MS4322 更有效地抑制癌细胞生长，且对正常细胞（MCF10A 和 PNT2）的毒性较低。图8.化合物10在不同细胞系中的的抑制活性评估良好的药代动力学性质：MS115在小鼠体内具有良好的药代动力学性质。单次腹腔注射 50 mg/kg 剂量后，0.5 小时达到血浆峰浓度（Cmax），为 17.5 ± 0.9 μM，8 小时后血浆浓度仍保持在 200 nM 以上，适合进行体内疗效研究。图9.化合物10在小鼠体内的血浆浓度随时间变化曲线总结与展望这项研究成功发现了新型 PRMT5 降解剂 MS115，它在降解 PRMT5 和 MEP50 方面表现出高效性、选择性，能有效抑制多种癌细胞的增殖，且对正常细胞毒性较低，还具备良好的小鼠药代动力学性质。这一成果为研究 PRMT5 和 MEP50 的生理功能提供了有价值的化学生物学工具，也为癌症治疗开辟了新的潜在途径。未来，有望基于 MS115 开展进一步的临床前和临床试验，评估其在癌症治疗中的实际效果，为癌症患者带来新的治疗选择。原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c00198声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓