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【JMC】高效和高选择性
CARM1
抑制剂的设计、开发,对
黑色素瘤
有效
2024-04-07
·
精准药物
免疫疗法
临床申请
信使RNA
细胞疗法
临床2期
2024年4月4日,叶飞教授等人在Journal of Medicinal Chemistry上发表题为“Development of (2-(Benzyloxy)phenyl)methanamine Derivatives as Potent and Selective Inhibitors of CARM1 for the Treatment of Melanoma”的文章。在这篇文章中,作者等人设计了一系列高效和高选择性的
CARM1
抑制剂;其中,化合物17e展现出非凡的药效和选择性(IC50 = 2 ± 1 nM),同时对
黑色素瘤
细胞系有显著的抗增殖活性。此外,化合物17e在黑色素异种移植模型中有良好的抗
肿瘤
活性,这意味着该化合物作为一种潜在的抗癌药物值得进一步研究。蛋白质精氨酸甲基化是由精氨酸甲基转移酶(PRMTs)催化的一种重要的翻译后修饰。PRMTs利用S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作为甲基供体去执行这一催化过程,从而产生S-腺苷-l-高半胱氨酸(SAH或AdoHcy)和甲基化底物。PRMT有9个成员:PRMT1到9,根据其甲基化不同可分为I型,II型和III型。I型PRMTs(PRMT1、2、3、4、6和8)催化单甲基化和不对称甲基化,产生ω-NG-单甲基精氨酸(MMA)或ω-NG和Ng-不对称二甲基精氨酸(aDMA);II型PRMTs(PRMT5和9)催化单甲基化和对称二甲基化,产生MMA或ω-NG和NG对称二甲基精氨酸(sDMA);III型PRMT(PRMT7)是只能催化单甲基化,专门产生MMA。与大多数的PRMTs相比,
PRMT4
又称为共激活因子相关的
精氨酸甲基转移酶1(CARM1)
,表现出一个松散的作用基序,不会轻易被其他PRMTs识别,因此这是CARM1在其底物识别方面具有独特性的原因。另外,在胚胎的发育过程中,
CARM1
耐受性缺失意味着与靶向
PRMT1
或
PRMT5抑制剂
PRMT5
抑制剂相比,
CARM1
抑制剂可能提供更广泛的治疗窗。这独特方面突出了
CARM1
作为治疗干预靶点的潜在优势。CARM1能够甲基化各种组蛋白和非组蛋白底物,包括H3R2、H3R17、H3R26、7RUNX1、
BAF155
、8PABP1、和
TARPP
。值得注意的是,组蛋白H3R17和H3R26的甲基化是CARM1的一个特殊的特点。因此,
CARM1
在多种细胞过程中发挥作用,包括细胞自噬、代谢、早期发育和mRNA的预剪接。由于其重要的生物学功能,越来越多的证据表明
CARM1
的过表达与多种
癌症
有关,包括
乳腺癌
、
卵巢癌
、
胰腺癌
、
前列腺癌
、
结直肠癌
、
肺癌
、
肝癌
、
胃癌
、
白血病
和
黑色素瘤
。另外,Kumar等人发现抑制
CARM1
可以通过对
肿瘤
细胞和T细胞的双重作用对耐药
肿瘤
进行免疫治疗。因此,
CARM1
是
癌症
治疗的一个潜在靶点,特别是对耐药
肿瘤
。作者提出目前大多数具有
肿瘤
抑制作用的
CARM1
抑制剂主要是针对
血液肿瘤
,而针对
实体肿瘤
的抑制剂却很少,其疗效也有限。因此,文章重点致力于更有效的
CARM1
抑制剂的开发,特别是提高对
实体肿瘤
的选择性和疗效。在前期研究工作中,作者报告了ZL-28-6 (6)对CARM1表现出强效的抑制作用,但其选择性没有明显提高(图1)。因此,对化合物6进行结构修饰旨在进一步提高该化合物的选择性和抑制活性。图1 化合物6的结构及生物活性作者把化合物6的化学结构分为三个部分。首先,N,
N-二甲基乙二胺
的尾部基团插入入口通道,模拟底物精氨酸的侧链,与残基E257和E266形成氢键和盐桥,这对CARM1的催化活性至关重要。第二,中间的苯环与保守的疏水界面相互作用。第三,位于非保守区域的头部基团。此外,该化合物两个芳环之间的乙氧基增加了两个芳香环之间的灵活性,导致π−π与F152的相互作用;头部基团的氯原子与Q148形成卤素键,从而增加了对CARM1的抑制活性。(图2)图2 化合物6与
CARM1
的相互作用因此,作者以化合物6作为先导化合物,针对头部和尾部进行结构修饰得到一系列衍生物,评价了合成衍生物对
CARM1
和
PRMT1
的抑制活性。其中与先导化合物相比,化合物14g、14h、17e、17g和17h对
CARM1
抑制作用更好,同时对
PRMT1
抑制活性较弱(表1)。初步评价了这五个化合物在浓度为1 μM和10 μM下在A375和
A2058黑色素瘤
细胞系中的抗增殖活性,结果发现这些化合物在
黑色素瘤
细胞系中均表现出显著的增殖抑制作用,超过了已报道的阳性CAR
M1
抑制剂EZM2302(表2)。随后,作者评价了这些化合物在小鼠肝微粒体中的代谢稳定性,化合物17e具有较低的体外清除率(CL = 132 mL/min/kg)以及半衰期延长(T1/2 = 41.55 min),展现出较高的微粒体代谢稳定性(表3)。因此,基于酶活性、细胞活性和体外代谢稳定性的评估,作者最终选择了化合物17e进行进一步的研究。表1衍生物对
CARM1
和
PRMT1
的抑制作用表2 选定的潜在
CARM1
抑制剂对两种细胞系的抗增殖活性表3 化合物在小鼠肝脏微粒体中的代谢稳定性首先,评估了化合物17e对不同癌细胞和正常乳腺细胞MDA-KB2的抑制作用。结果发现该化合物对
黑色素瘤
细胞A375具有特异性的抗增殖作用。此外,化合物17e抑制MDA-KB2细胞生长(IC50= 6.60 μM),但比A375的抗增殖半抑制浓度值大12倍,表明其有良好的安全性。图3 化合物17e对7种细胞系的抗增殖作用接下来评价了化合物17e对不同PRMTs的选择性。结果表明该化合物对不同的PRMTs表现出良好的选择性,
PRMT1
超过100倍,
PRMT3
超过450倍,
PRMT6
和
PRMT8
的选择性均超过30倍。此外,在浓度为100 μM时,17e对
PRMT5
和
PRMT7
均无抑制作用,这些结果表明该化合物具有显著的选择性。图4 化合物17e的选择性评价随后分析了化合物17e与CARM1的结合模式,利用分子对接技术预测了CARM1/17e复合物的结构,并进行了200 ns的分子动力学(MD)模拟,结果显示化合物17e在150 ns后达到平衡(图5 A)。紧接着利用MM-PBSA方法进行MD模拟,对相对结合能进行残基分解,研究与17e结合的关键氨基酸残基。Y149、F152、Y153、Q446氨基酸与化合物17e头部的苯和噻唑环形成π−π堆叠和疏水作用;氨基酸E257、M259、E266、H414和W415与化合物17e的尾部形成氢键相互作用(图5 B-D)。值得注意的是,F152和Q446在I型PRMT中是不保守的,表明它们与化合物17e的高选择性有潜在的关键作用(图5 E)。图5 (A)蛋白质和化合物17e的RMSD运动轨迹;(B-D)化合物17e与氨基酸的相互作用模式;(E)
CARM1
与
PRMT1
、3、6和8的序列比对随后,使用细胞热位移试验(CETSA)测定化合物17e是否可以进入细胞直接与
CARM1
蛋白相互作用。结果表明化合物17e以浓度依赖性的方式增强了
CARM1
的蛋白热稳定性,说明化合物17e可以进入细胞并直接与
CARM1
结合(图6 A,B)。此外为了探究17e是否能抑制细胞中
CARM1
的甲基化活性,作者检测了与17e孵育后
CARM1
底物的甲基化变化。用17e处理A375细胞72 h,结果显示化合物17e以剂量依赖的方式降低不对称二甲基-PABP1和整体aDMA的水平(图6 C)。另外,在A2058细胞中,17e也呈剂量依赖性地降低了不对称二甲基-PABP1的水平(图6 D)。这些发现证实了化合物17e可以通过抑制
CARM1
的甲基转移酶活性来影响细胞中
CARM1
底物的不对称二甲基化。图6 (A-B)化合物17e与CARM1蛋白之间的相互作用;(C)化合物17e降低A375中的精氨酸甲基化水平;(D)化合物17e降低A2058中的精氨酸甲基化水平最后,作者研究了化合物17e在体内的抗
肿瘤
活性,通过建立A375异种移植BALB/c裸鼠,分别以10 mg/kg/d和25 mg/kg/d腹腔注射药,持续14天。结果发现,化合物17e在体内可显著抑制
肿瘤
生长,
肿瘤
生长抑制率(TGI)分别为63%(25 mg/kg)和55%(10 mg/kg)(图7 A-D),并且没有明显的毒性。此外,通过蛋白印迹分析了
肿瘤
组织中aDMA、
PABP1
和PABP1me2a的水平,结果显示不对称二甲基化显著降低,这与细胞研究的结果一致(图7 E)。图7 化合物17e在A375细胞来源的异种移植物中的体内抗
肿瘤
活性。(A)
肿瘤
体积;(B)体重;(C)化合物17e处理后小鼠
肿瘤
重量;(D)对照组和治疗组
肿瘤
体积的视觉图;(E)蛋白免疫印记检测
PABP1
不对称二甲基化和aDMA水平在本研究中,作者采用结构辅助药物设计,对先前鉴定的I型PRMT抑制剂化合物6进行化学修饰,得到了一系列衍生物。值得注意的是,化合物17e对CARM1表现出显著的抑制活性,并对其他PRMT表现出较高的选择性。化合物17e有效抑制各种
肿瘤
细胞的生长,特别是黑色素瘤A375细胞,在A375异种移植模型中也显示出了抗
肿瘤
活性,没有引起明显的毒性。总之,化合物17e是一种高选择性和高效的
CARM1
抑制剂,具有良好的药理活性。这一发现为探索精氨酸甲基化调节作为一种新的
癌症
治疗策略铺平了道路。原文链接:https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c02265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↓
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机构
-
适应症
黑色素瘤
肿瘤
乳腺癌
[+10]
靶点
PRMT4
PRMT1
PRMT5
[+8]
药物
PRMT5抑制剂 (齐鲁制药)
乙二胺盐酸盐
标准版
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