WDR5

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Jerry 导读： 转移是癌症治疗的瓶颈，研究表明长链非编码RNAs(lncRNAs)在调节癌症转移中发挥着关键作用，但对lncRNAs在胃癌中的研究仍有限。 3月29日，复旦大学郭伟剑研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了题为“LncRNA SNHG26 promotes gastric cancer progression and metastasis by inducing c-Myc protein translation and an energy metabolism positive feedback loop”的研究论文。本研究中，功能实验表明，SNHG26在体内外均可促进细胞上皮-间充质转化和增殖。机制上，SNHG26与核仁素(NCL)相互作用，通过增加c-Myc的转化来调节其表达，进而通过己糖激酶2(HK2)促进能量代谢，从而促进胃癌恶性发展。能量代谢的增加为促进c-Myc的转化和表达提供了足够的能量，形成了正反馈循环。 此外，代谢和转化抑制剂可以阻断这一循环，从而抑制细胞增殖和迁移，且两种抑制剂联合应用可增强抗肿瘤效果，提示其在GC 治疗中具有潜在的治疗前景。 https://www.nature.com/articles/s41419-024-06607-8#Sec36 研究背景 01 胃癌（GC）是人类第五种常见的肿瘤，每年估计有超过100万新病例。由于其高转移频率，GC 是导致癌症相关死亡的第四大原因，超过60% 的患者在诊断时呈现局部或远处转移。尽管在分子靶向药物和免疫治疗方面取得了实质性进展，但由于转移的存在，GC 患者的5年生存率仍然不理想。因此，迫切需要对 GC 转移机制进行调查，以开发新的治疗方法。 长链非编码RNA(lncRNA)超过200个核苷酸，具有有限的蛋白质编码能力。lncRNA被广泛表达，并在基因调控中发挥关键作用。lncRNA通过与RNA、DNA和蛋白质相互作用发挥多种功能。大量研究表明，lncRNA的异常表达与癌细胞行为相关。lncRNA BDNF-AS/WDR5/FBXW7轴通过调节VDAC3泛素化介导胃癌腹膜转移中的铁死亡。lncRNA TNFRSF10A-AS1通过与MPZL1结合促进胃癌进展。然而，由于lncRNA数量众多，其机制复杂，我们对胃癌中lncRNA的认识仍然有限。 研究进展 02 为了证实SNHG26在体内的致癌作用，研究人员首先通过将过表达SNHG26的MKN-28细胞注射到裸鼠皮下生成皮下肿瘤模型。4周后，将小鼠处死，并称量肿瘤。SNHG26过表达组的肿瘤比对照组大，表明SNHG26可以促进肿瘤生长。接下来，研究人员将过表达SNHG26的MKN-28细胞注射到裸鼠尾静脉中，以评估转移能力。8周后，将小鼠处死，并量化肺中的转移位点。此外，HE染色显示SNHG26过表达组的肺部转移位点数量显著高于对照组。而且，皮下肿瘤的免疫组化显示SNHG26过表达后E-cad表达降低。 总的来说，体内外结果表明SNHG26促进胃癌的增殖和转移。 研究还表明，SNHG26通过c-Myc/HK2途径介导糖酵解和能量代谢，促进胃癌细胞的增殖和迁移，糖酵解代谢增加提供能量促进mRNA转化，形成正反馈循环，代谢和转化抑制剂阻断该正反馈循环作用，抑制癌细胞增殖和迁移。 两者联合抑制可增加抗肿瘤效果，提示其在胃癌治疗中具有潜在的治疗前景。 转化抑制剂(CX-5461)和代谢抑制剂(2-DG)的联合使用在体内和体外均有显著的治疗效果 研究结论 03 总之，研究人员发现了一种新的lncRNA SNHG26，它在胃癌中表达上调。 SNHG26与NCL相互作用，通过增加c-Myc的转化促进胃癌的增殖和转移。本研究揭示了lncRNA在转化和转移之间的新机制，表明SNHG26/NCL/c-Myc轴是胃癌的潜在治疗靶点。 参考资料： https://www.nature.com/articles/s41419-024-06607-8#Sec36 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 上海｜06月14日-16日 ▶ 第六届上海国际癌症大会将于6月14-16日在上海举办，学科交叉，共同推进肿瘤研究与诊治多模态！ 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会欢迎您的参与！ 点击对应文字 查看详情

西奈山伊坎医学院金坚教授团队长期深耕于靶向蛋白降解领域，致力于蛋白降解药物的设计与开发，以及推进这些技术的临床应用与转化。该团队已经成功开发了多种靶点的PROTAC，克服了传统小分子药物的种种缺陷，为靶向蛋白降解领域的研发不断注入强心剂。包括：组蛋白甲基转移酶NSD家族NSD2/3，激酶家族AKT和ALK，EGFR以及表观遗传家族靶点EZH2等。此外，金坚教授团队也开发了其他新型PROTAC技术：1、叶酸笼罩的Folate-Caged PROTACs，该类PROTAC进一步提高了PROTAC的细胞选择性。2、基于寡核苷酸链的TF-PROTACs，成功实现了对不可成药转录因子的降解。3、光诱导PROTACopto-PROTAC，实现了PROTAC的可控激活。4、靶向WDR5 和Ikaros的双靶点PROTAC5、开发新型的E3连接酶KEAP1配体，并成功用于BRD3/4的降解。进一步拓展了靶向蛋白质降解的有限工具箱。前言AKT是癌症治疗的一个重要靶点。近年来，在开发ATP竞争性的活性位点和变构位点的AKT抑制剂方面取得了重大进展，多款AKT小分子抑制剂获批临床。此外，研究人员也开发了多种基于AKT活性位点的PROTAC，包括MS21。MS21可以有效诱导PI3K/pten通路突变的肿瘤细胞中AKT的降解，并有效抑制肿瘤细胞增殖生长，但在KRAS/BRAF突变细胞中却显得束手无策，无法降解AKT蛋白。近日，西奈山伊坎医学院金坚教授团队和Ramon E. Parsons团队在知名药物化学期刊JMC上发表题为“Novel Allosteric Inhibitor-Derived AKT Proteolysis Targeting Chimeras (PROTACs) Enable Potent and Selective AKT Degradation in KRAS/BRAF Mutant Cells”的文章。作者开发了首个基于变构位点的新型AKT  PROTAC 62，并且化合物62在KRAS/BRAF突变的癌细胞以及PI3k/pten突变的癌细胞中均显示出强效的AKT降解活性和抗增殖活性。此外，62在通过腹腔内给药的小鼠体内表现出良好的生物利用度和PK性质。作者 | 缪可研AKT靶点介绍AKT（蛋白激酶b）是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，属于丝氨酸蛋白激酶家族。AKT作为人类癌症中最常见的PI3K/AKT/m-TOR信号级联的中心节点，在调节癌症特征中发挥关键作用，如细胞增殖、代谢、转移、侵袭性和肿瘤细胞的存活（图1）。AKT由三个高度同源的亚型组成，AKT1/2/3，它们都有三个进化上保守的结构域：一个N端PH结构域，一个中心激酶催化结构域和一个C端调控结构域。研究表明，AKT的过度活化和过表达与许多总体预后较差的人类癌症有关。图1.AKT介导的信号通路AKT小分子抑制剂研究进展AKT是一种极具临床潜力的药物靶点。在过去数十年来，基于AKT领域的药物研发已经取得了积极的研究成果，多款AKT小分子抑制剂相继获批临床，包括靶向AKT活性位点的小分子抑制剂：GSK690693、GDC-0068、AZD5363和靶向AKT变构位点的抑制剂：MK-2206、ARQ-092、TAS-117。进展最快的是罗氏的GDC-0068和阿斯利康的AZD5363，目前均处于临床三期。然而，基于活性位点的AKT抑制剂具有严重的副作用，包括高血糖、血小板减少和感染，而AKT变构抑制剂在人体临床试验中也表现出有限的疗效。图2.进入临床试验的AKT小分子抑制剂已报道的基于活性位点抑制剂的AKT PROTAC基于靶向蛋白水解嵌合体PROTAC或分子胶的靶向蛋白降解技术（TPD）是一种通过降解致病靶蛋白来治疗疾病的治疗策略。通常，由PROTAC或分子胶诱导的泛素−蛋白酶体系统（UPS）介导的降解可以同时靶向癌蛋白的催化和非催化结构域，这可能产生比小分子激酶抑制剂更大的疗效。近年来，研究人员已经开发了多种靶向活性位点的AKT PROTAC（图3），其中，MS21是已报道最有效的AKT降解剂，然而MS21不能有效诱导携带KRAS或BRAF突变的癌细胞中AKT的降解。为了克服MS21等靶向活性位点PROTAC在携带KRAS/BRAF突变的癌细胞较差的降解AKT能力。作者另辟蹊径，试图从AKT的变构抑制剂切入，开发新型的靶向变构位点的AKT降解剂。图3.已报道的靶向活性位点的AKT PROTAC下面让我们一起走进这篇文献：1. 基于ARQ-092 PROTAC的设计思路及合成研究表明，与ATP竞争性结合的AKT活性位点抑制剂优先结合激活的AKT（磷酸化的AKT，p-AKT）。由于在KRAS/BRAF突变的肿瘤细胞系中，磷酸化AKT蛋白水平较低，这就影响了与ATP竞争性结合的活性位点抑制剂的效果，从而导致耐药。与靶向活性位点抑制剂不同，AKT变构抑制剂可以结合并稳定AKT的失活形式。因此，靶向AKT变构位点的PROTAC有可能在含有KRAS/BRAF突变的癌细胞中参与结合失活的AKT，这就可能诱导MS21耐药肿瘤细胞系中AKT的降解。首先，作者选取了AKT变构抑制剂ARQ-092作为AKT PROTAC的靶头化合物，随后通过对ARQ-092与AKT1的晶体复合物进行分析，作者发现ARQ-092中的左侧苯环伸向溶剂区（图4）。因此，作者选用该位点作为连接位点进行衍生化，分别合成了末端是羧基和氨基的化合物1（末端羧基）和2（末端氨基）。随后，作者基于化合物1和2开展PROTAC合成工作。图4. ARQ-092与AKT1的晶体复合物及化合物1和2的化学结构VHL配体VHL-1和CRBN配体泊马度胺是最常用的两种E3泛素连接酶配体。作者同时采用这两种E3配体，分别合成了基于VHL配体和CRBN配体两种类型的AKT PROTAC。最先开展的是基于化合物1（末端羧基）的PROTAC合成（图5）。其中，化合物3-20是基于VHL配体的PROTAC，作者分别合成了不同长度的聚乙二醇和烷烃链两种类型PROTAC。同时作者也合成了基于泊马度胺的PROTAC 21-32，同样采用了不同长度的聚乙二醇和烷烃链两种连接链类型。图5.基于化合物1的AKT PROTAC接下来，作者合成了基于化合物2（末端氨基）PROTAC 33-61（图6）。其中，化合物33-49是基于VHL配体的PROTAC，化合物50-61是基于泊马度胺的PROTAC。并且作者同样也考察了不同长度的聚乙二醇和烷烃链的连接链类型，其中化合物33-41和57-61是聚乙二醇类型的PROTAC，化合物42-49和50-56是烷烃链类型的PROTAC。图6.基于化合物2的AKT PROTAC2. PROTAC蛋白降解能力初筛实验接下来，作者在PC3细胞系（人前列腺癌细胞）上筛选合成的PROTAC 3-61对AKT蛋白的降解能力（图7）。蛋白降解实验表明基于VHL配体的PROTAC比基于泊马度胺的PROTAC具有更强的降解能力，且烷烃链比聚乙二醇链更有效。作者从构效关系研究发现了PROTAC 20、48和49具有较强的AKT降解能力，并可以有效抑制下游信号传导，如：p-akt、p-pras40和p-s6。图7. 化合物3-61的蛋白降解实验3. 基于最优化合物20的进一步结构优化及后续生物活性研究有研究表明，VHL-2（VHL-1中苄位甲基取代的结构）对VHL具有更高的亲和力。因此，作者选用了降解活性最好的PROTAC 20进行进一步结构改造，将20中的VHL-1替换成具有更高亲和力的VHL-2，得到了PROTAC 62。作者也分别合成了化合物63和64作为阴性对照化合物（图8）。图8. PROTAC 62及阴性对照63和64的化学结构首先，作者分别测试了PROTAC 62、63、64及靶头化合物ARQ-092对AKT三种不同亚型（AKT1、AKT2、AKT3）的酶抑制活性（图9）。实验结果显示，相较于靶头化合物ARQ-092，PROTAC表现出减弱的抑制活性，但对于AKT1/2/3都具有抑制活性。图9. PROTAC 62、63、64及ARQ-092的酶活测试接下来，作者测试了PROTAC 62、63、64在MS21（已报道的降解活性最好的靶向活性位点PROTAC）耐药且KRAS突变的结直肠癌细胞系SW620的降解活性（图10）。实验结果表明，化合物62能够呈现浓度依赖方式有效诱导SW620中的AKT降解，且DC50为23±16 nM，而阴性对照63和64无降解活性。图10.化合物62在sw620中的降解实验随后，作者比较了62和MS21在其他几种携带KRAS或BRAF突变的癌细胞类型中的AKT降解效应（图11）。蛋白质印迹实验发现，化合物62可以有效诱导各种KRAS或BRAF突变的癌细胞中AKT的降解，而MS21表现出较差的AKT降解能力。图11. 62和MS21在各种携带KRAS或BRAF突变的癌细胞蛋白降解实验作者继续在SW620细胞系进行了蛋白降解机制研究（图12），实验结果表明化合物62可以以时间依赖的方式诱导AKT降解，并可以有效抑制磷酸化PRAS40蛋白水平。当加入NAE抑制剂MLN4924或蛋白酶体抑制剂MG132后，可以有效逆转AKT的降解效果。基于上述实验结果，作者认为化合物62诱导AKT蛋白的降解效果依赖于泛素蛋白酶体途径。图12. 蛋白降解机制研究实验为了探究PROTAC 62蛋白质组范围内的降解选择性，作者对化合物62进行了基于全局串联质谱标签TMT定量蛋白分析的蛋白质组学研究，实验结果表明化合物62不能降解其他靶点蛋白，具有较好的靶点选择性（图13）。图13.化合物62的蛋白质组学研究接下来，作者在SW620细胞系上测试了化合物62、靶头化合物ARQ-092、阴性对照64及降解剂MS21的抗增殖活性（图14）。从细胞集落形成实验可以看出，化合物62对SW620抑制活性与ARQ-092相当，而阴性对照化合物64和MS21表现出较弱抑制活性。图14. 化合物62、64、ARQ-092、MS21的细胞集落形成实验最后，作者对化合物62进行了PK研究（图14），评估化合物62在小鼠体内的生物利用度。实验结果发现在给药后0.5 h可达到最大血药浓度（Cmax = 1 μM），血药浓度保持在100 nM以上至少可维持12小时。这些结果表明，化合物62表现出较好的PK性质，在体内可以获得足够的血浆暴露。图14. 化合物62在小鼠血浆浓度测试总结金坚课题组报道了首个靶向变构位点的AKT PROTAC 62，PRORAC 62能够有效诱导KRAS/BRAF突变肿瘤细胞的AKT降解，这可能为靶向活性位点的MS21耐药KRAS/BRAF突变癌症提供一个潜在的策略。同时，化合物62表现出较强的降解活性、较好的靶点选择性以及较好的PK性质，这是靶向AKT PROTAC领域的一大步，也是靶向AKT领域的药物研发的一大步。参考文献1、Novel Allosteric Inhibitor-Derived AKT Proteolysis TargetingChimeras (PROTACs) Enable Potent and Selective AKT Degradation in KRAS/BRAF Mutant Cells.2、Exploiting the PI3K/AKT pathway for cancer drug discovery. Nat. Rev. Drug Discovery 2005, 4 (12), 988−1004.3、Harnessing the E3 Ligase KEAP1 for Targeted Protein Degradation. DOI: 10.1021/jacs.1c04841. J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 37, 15073–150834、4、TF-PROTACs Enable Targeted Degradation of Transcription Factors.J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 23, 8902–8910. doi.org/10.1021/jacs.1c03852扫码加入BiG生物创新社读者交流群，分享、交流纯粹的行业知识，非诚勿扰！BiGScientific Driven, Making Impact!创新生态丨医药论坛丨行业分析媒体公关丨BiG Webinar联系我们商务：Max   18662346610媒体：Kathy 17621909690

H3K4甲基化修饰对增强子活性调控、转录激活和细胞命运决定起关键作用，其异常会导致多种白血病和恶性肿瘤的发生。H3K4甲基化修饰主要是由MLL家族蛋白催化产生。 H3K4甲基化修饰对增强子活性调控、转录激活和细胞命运决定起关键作用，其异常会导致多种白血病和恶性肿瘤的发生。H3K4甲基化修饰主要是由MLL家族蛋白催化产生。MLL家族蛋白自身的甲基转移酶活性很低，需要与WDR5、RBBP5、ASH2L、DPY30等调节亚基形成复合物，才能有效发挥酶活。WDR5、RBBP5、ASH2L等亚基参与调控MLL蛋白酶活的分子机制在过去得到了充分的研究，但DPY30作为复合物中最小的蛋白（只有99个氨基酸）其发挥的作用和调节机制尚不明确。 近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈勇研究组在 iScience 期刊发表了题为：DPY30 acts as an ASH2L-specific stabilizer to stimulate the enzyme activity of MLL family methyltransferases on different substrates 的研究论文，揭示了DPY30促进MLL复合物甲基转移酶活性的分子机制。 在这项研究中，研究团队发现DPY30可以不同程度地增强MLL1复合物在不同底物上的活性。在核小体底物上，DPY30能提高MLL复合物的催化效率逾27倍；在组蛋白多肽、H3或组蛋白八聚体水平上，DPY30仅能提高催化效率约1.8倍。 研究团队继而通过交联质谱、小角散射、结构预测、动力学模拟等多种方法阐明了DPY30通过多种机制来调控复合物的甲基转移酶活性。首先，DPY30与ASH2L的多个结构域结合，增加了ASH2L的结构紧致性和热稳定性；DPY30稳定后的ASH2L与RBBP5结合力增强，促进MLL1复合物组装形成一个更紧凑和更稳定的复合物，导致DPY30可以微调MLL1复合物在组蛋白多肽、H3、组蛋白八聚体上的酶活。其次，DPY30稳定后的ASH2L获得了与组蛋白H3 N端尾巴（1-40）和核小体DNA结合的新的作用界面，确保核小体H3的尾部准确且稳定地进入MLLSET的催化口袋，从而极大地促进MLL1复合物甲基化核小体的活性，揭示了DPY30特异性促进MLL1复合物在核小体上酶活的机制。 DPY30促进MLL复合物甲基转移酶活性的分子机制 DPY30在多种癌症中高表达，之前的研究表明DPY30的促癌效应与H3K4甲基化修饰相关。在癌细胞中敲低DPY30，H3K4甲基化修饰水平降低，癌细胞增殖减慢；回补DPY30，H3K4甲基化修饰水平增加，癌细胞增殖增快。因此，该研究中揭示的DPY30调控MLL复合物甲基转移酶活性的分子机制可以为理解相关癌症发病机制提供理论基础，以及为相关癌症的治疗提供新的设计思路和设计靶点。 中科院分子细胞卓越中心博士生赵利杰为论文第一作者，陈勇研究员为该论文的通讯作者。该研究工作获得中科院战略性先导计划和国家自然科学基金委的经费资助。该研究得到张江实验室国家蛋白质科学研究（上海）设施BL19U2小角散射线站、质谱分析系统和规模化蛋白质制备系统的支持和帮助。