CDK12

学以致用 侃侃而言 Drug Discovery Today, 2024, Oct. 10 DOI：10.1016/j.drudis.2024.104205 分子胶降解剂（MGDs）是靶向蛋白降解剂疗法的一种，同时又具有小分子疗法一致的物化特性，因此特别让人瞩目。 近日，Drug Discovery Today刊载了一篇重要评述，以细胞周期蛋白K和锌指蛋白IKZF2为例，深入探讨了MGDs的发现、发展。并重点介绍了MGDs的设计规则、生物学分析、和治疗应用。此外，文中还对分子胶的“化学空间”进行了探讨，并概述了推动该领域创新的合作努力。 主要内容 (1)分子胶发现：发现方法、案例探究 (2)分子胶格局：临床候选、靶点格局、疾病领域 (3)分子胶空间：物化特性空间、计算模型 (4)分子胶布局：制药合作伙伴 (5)相关分享回顾 01 分子胶发现 案例探究、发现方法 生物分子活性的调节是由它们彼此邻近达至某种平衡，进而相互作用所控制的。这种相互作用对于从细胞生成到有效细胞功能、维持和最终程序性细胞凋亡所必需的复杂过程的无缝进展至关重要。而协调的核心是生物分子邻近相互作用，其中蛋白质的多聚、蛋白质-底物复合物的形成等就是邻近性塑造生物功能中关键作用的重要实例证明。 分子胶是低分子量化合物，有助于增强两种蛋白质之间的相互作用，用于促进蛋白质-连接酶相互作用导致的泛素化和随后的靶蛋白降解，称之为“分子胶降解剂”（MGDs）。 如下图a是分子胶驱动的蛋白质降解示意图。图b中的沙利度胺类似物，主要用于与CRBN结合并招募新的底物进行泛素化和降解而作为分子胶发挥作用。 EARLY R&D 最初的最初分子胶之概念由来 最初，是围绕环孢菌素A（CsA）和FK506等免疫抑制剂分子机制的好奇心引发了分子胶的发现。CsA与亲环蛋白和钙调神经磷酸酶的结合，以及FK506与FKBP12和钙调神经元蛋白的结合，为小分子充当“分子胶”的概念奠定了基础。 “分子胶”一词，非常贴切的捕捉到了，用以增强邻近相互作用蛋白对之间的结合亲和力的化合物的本质。2007年，以生长素激素充当分子胶，增强植物连接酶转运抑制剂反应1（TIR1）与其底物的相互作用的发现，进一步阐明了分子胶降解剂的概念。 而早在1980年，Rose、Herschko、Ciechanover等人就提出了蛋白质泛素化的概念，并为他们赢得了2004年的诺贝奖。他们的工作改变了传统对细胞内蛋白质降解和调节过程的理解，为治疗癌症和神经退行性疾病铺平了道路。 在过去的几十年中，泛素化驱动的蛋白质降解在创新疗法中得到了应用，如蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs）和分子胶，这得益于沙利度胺及其类似物作用机制的阐明。2010年，发现CRBN作为沙利度胺的分子靶标，引发了靶向蛋白降解（TPD）的革命；2013年，沙利度胺作为分子胶的能力也被揭示了出来。 沙利度胺及其类似物可以招募CBRN和其一系列底物邻近、增强结合、泛素化、及底物降解。这些化合物也被称为“免疫调节酰亚胺药物”（IMiDs），可以抑制炎性细胞因子肿瘤坏死因子-α（TNFα），并招募新底物蛋白质。而这些蛋白质并非CBRN的天然底物，不会与CRBN发生强烈的相互作用，这也凸显了MGDs在增强结合亲和力和随后泛素化中的关键作用。 目前蛋白质组质谱分析表明，CRBN有40多种新底物，而一种G-loop的特定环，对CRBN识别新底物至关重要。而除了CRBN，其它连接酶也被用于发现靶向各种蛋白质的MGDs。关键的突破是鉴定了一种含羟脯氨酸的缺氧诱导因子-α（HIFα）肽作为von Hippel-Lindau连接酶（VHL）的底物，这导致了一种在基于VHL的PROTACs中广泛使用的小分子的开发。此后更是有更多的E3连接酶被发现、应用。 分子胶的发现多是基于偶然，合理性的设计面临着诸多挑战。首先就是靶标本身的确定，它是某种连接酶的新底物。其次，确定了新底物靶标后，在探索Hit和Lead的过程中，还需要一整套独特的结构研究、建模、生物测定、和数据分析等。 EARLY R&D 案例一细胞周期蛋白K降解剂 细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）参与多种细胞过程的调节，与细胞周期蛋白亚基形成复合物。CDK12-cyclin K就是这样一个参与基因表达调控的复合体。CR8是一种CDK12抑制剂，也诱导周期蛋白K降解，因此具有双重活性。 也有报道研究了DNA损伤结合蛋白1（DDB1)与CDK12结合的结构和生物物理特性，评估了90多种细胞周期蛋白K降解剂。发现强效、选择性CDK12抑制剂，可以将DDB1招募到CDK12！ 针对DDB1-CDK12界面对ZINC数据库进行虚拟筛选，鉴定出了一种CRK抑制剂（RGB-286147），该抑制能够有效地与两种蛋白结合。此外，还发现了两种蛋白间的最小粘合剂，化合物919278，如下图a，是三元复合物晶体结构。 EARLY R&D 案例二Helios降解剂 肿瘤细胞部署多种机制来抑制免疫系统的抗肿瘤反应，一种这样的机制是招募免疫抑制FOXP3+调节性T细胞。研究表明，主要在Treg细胞中表达的helios蛋白（IKZF2）的降解可以增强抗肿瘤免疫反应。 泊马度胺是IKZF1的选择性降解剂，虽然它在50 μM之前不会引起IKZF2水平的变化，但它确实会引起CRBN-IKZF2的参与。此外，泊马度胺结合的IKZF1的锌指-2结构域（ZNF2）与IKZF2的不同之处仅在于一个氨基酸：Q146→H141。 在泊马度胺存在下，全长IKZF2H141Q显示出与全长IKZF1相似的降解曲线。这确立了Q146在IKZF1中在使泊马度胺具有选择性方面发挥的关键作用，研究发现，选择IKZF1降解剂作为起始分子，可发现IKZF2降解的选择性分子胶。 以上两个案例表明MGDs的发现可以以结构为导向，并以典型的基于结构的药物发现方式进行。新底物（靶点）的发现，和Hit的鉴定也可以通过其它筛选来实现，但基于结构的方法可以帮助优化化合物的选择性。 EARLY R&D 分子胶筛选鉴定方法 如下图，分子胶的发现涉及生化、生物物理、和计算技术的结合。 先进的生物物理分析、计算策略、基于细胞的筛选在识别和表征潜在分子胶、加速新治疗剂发现和加深对蛋白质-蛋白质相互作用驱动的复杂细胞过程至关重要。随着研究和分析技术的发展，整合多学科方法将成为分子胶研究和药物开发的突破关键。 02 分子胶格局 临床候选、靶点格局、疾病领域 EARLY R&D 临床中的分子胶候选药物 目前有17种分子胶正在进行临床试验，如下表。 EARLY R&D 临床适应症分布和特定药物靶点 分子胶化合物在各种临床适应症中的靶点分布提供了对该领域当前研究和开发格局的洞察。在已确定的适应症中，分子胶化合物的靶点数量最多的是肿瘤学领域，主要集中在液体肿瘤，包括AML、白血病、骨髓增生性肿瘤（MPNs）和MM，以及实体肿瘤。 其它相关临床适应症及特定靶点分布见下图。 03 分子胶空间 物化特性、计算模型 EARLY R&D 分子胶物化特性空间 如下图，是分子胶存在于与口服药物相邻或略微重叠的物理化学空间中的描述。鉴于其低分子量和低数量的氢键供体（HBDs），MGDs可能是穿越血脑屏障的有前景的候选者，它们可能在未来解决中枢神经系统疾病。 EARLY R&D 计算模型 尽管没有具体的既定程序来设计和模拟分子胶，但涉及分子胶与POI结合的实验可以通过各种分子描述水平的计算机工具进行合理化或预测。基于结构的计算方法特别有吸引力，适合提供有价值的蛋白质-配体相互作用信息反过来，这些信息可以用来合理化和理解分子胶如何与不同的蛋白质结合，从而指导新分子胶的设计，如下图。 从药物设计的角度来看，计算模型可以解决分子胶设计的两个问题： (1) 蛋白质-蛋白质复合物或蛋白质-配体复合物或两者的计算机预测。这可以细分为两个步骤：（i）姿势预测和（ii）姿势排名 (2) 超大虚拟筛选，用于从大型化合物库中鉴定配体 04 分子胶布局 制药合作伙伴 近年来，生物制药领域的几家初创公司与大型制药公司达成了重大合作协议，反映了协同创新和战略投资的趋势。上表中列出了与初创公司合作开发分子胶的大型制药公司。 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↓

OTC2024类器官前沿应用与3D细胞培养论坛圆满落幕，点击图片可查看会后报告，咨询OTC2025类器官论坛请联系：王晨 180 1628 8769。 细胞周期依赖性激酶12/13（Cyclin-dependent kinases 12/13，简称CDK12/13）是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在调控基因转录延伸、DNA损伤响应和基因组稳定性维持中起着关键作用。近年来，CDK12/13在多种恶性肿瘤中的作用受到了广泛关注。研究表明，CDK12/13的功能丧失突变在多种癌症中普遍存在，尤其是在转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）中，其突变率可达5%至7%。 当前，针对CDK12/13的抑制剂研究已经取得了一定的进展。例如，不可逆共价抑制剂THZ531和非共价抑制剂SR-4835在诱导多种癌症类型的合成致死方面显示出了潜力。然而，这些抑制剂在临床试验中因毒性问题而失败。因此，研究者们开始探索利用蛋白降解技术——蛋白水解靶向嵌合体（Proteolysis Targeting Chimera，简称PROTAC）技术，开发能够特异性降解CDK12/13的化合物。 PROTAC技术通过将目标蛋白与E3泛素连接酶连接，促进目标蛋白的泛素化和随后的蛋白酶体降解，从而提供了一种新的策略来调控蛋白质稳态。近期，研究者们已经开发出了首个CDK12 PROTAC降解剂BSJ-4-116，以及化合物7f，这些化合物在体外和体内均显示出显著的CDK12/13降解能力。然而，这些研究还处于相对早期的阶段，对于它们的临床潜力和安全性还需要进一步的探索。 在这项研究中，科学家们开发了一种新型的口服生物可利用的CDK12/13降解剂YJ1206。YJ1206在免疫能力完整的小鼠中显示出最小的不良反应，并且在晚期前列腺癌的临床前模型中表现出显著的疗效。此外，YJ1206与AKT通路抑制剂联合使用时，能够在前列腺癌模型中诱导出合成致死效应。这一发现不仅填补了CDK12/13降解剂在临床应用中的空白，而且为治疗抵抗性前列腺癌提供了新的治疗策略。 AKT（Protein Kinase B，PKB）信号通路是调控细胞存活、增殖和代谢的关键信号通路之一，其异常激活与多种癌症的发生发展密切相关。AKT通路在30%至60%的前列腺癌中上调，尤其是在去势抵抗性前列腺癌和高Gleason评分的癌症中。尽管已有AKT抑制剂如capivasertib获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，用于治疗某些类型的乳腺癌，但在前列腺癌中的单一疗法活性有限。然而，AKT通路抑制剂与其他治疗策略的联合使用已经显示出增强的抗肿瘤效果，这表明了战略性联合治疗的潜力。 本研究中，YJ1206作为一种口服CDK12/13降解剂，其开发不仅解决了现有抑制剂的毒性问题，还通过与AKT抑制剂的联合使用，为治疗晚期前列腺癌提供了新的治疗策略。这种联合疗法的提出，基于对CDK12/13降解后AKT通路激活的深入理解，为未来个体化医疗和精准治疗提供了新的思路。 在探索CDK12/13在肿瘤发展中的作用及其潜在的临床应用过程中，研究团队提出了一个核心问题：是否存在一种有效且安全的策略，能够特异性地降解CDK12/13，从而在不产生严重副作用的情况下抑制肿瘤生长。基于此，研究者们猜想通过PROTAC技术降解CDK12/13可能会成为一种新的治疗手段。他们提出了一个假设：设计并合成一种新型的CDK12/13 PROTAC降解剂，能够诱导CDK12/13的降解，并在体内外模型中展现出抗肿瘤效果。 为了验证这一猜想，研究者们采用了化学合成、分子对接、细胞生物学和体内药效学等多种方法。他们首先通过化学合成方法制备了一系列CDK12/13的PROTAC化合物，并通过分子对接技术预测了这些化合物与CDK12/13的结合模式。随后，他们在体外细胞模型中评估了这些化合物对CDK12/13的降解效果及其对肿瘤细胞增殖的影响。最终，他们选择了YJ1206这一化合物，因为它在体外实验中显示出了优异的降解效率和较低的毒性。 在体内模型中，YJ1206同样展现出了显著的抗肿瘤效果。研究者们发现，YJ1206能够显著抑制前列腺肿瘤的生长，并且与AKT抑制剂联合使用时，能够诱导出合成致死效应，这一效果在免疫完整的小鼠模型中得到了验证。此外，YJ1206在体内的药代动力学特性也显示出了良好的口服生物利用度和适中的半衰期，表明其具有成为口服药物的潜力。 结果分析与阐述：通过对YJ1206的一系列研究，科学家们得出了几个关键的发现。首先，YJ1206作为一种CDK12/13的PROTAC降解剂，在体外能够高效地降解CDK12/13蛋白，并抑制肿瘤细胞的增殖。其次，在体内模型中，YJ1206展现出了良好的抗肿瘤效果，并且与AKT抑制剂联合使用时，能够显著增强治疗效果。此外，YJ1206的药代动力学特性表明其具有成为口服药物的潜力，这对于临床应用来说是一个重要的优势。 总结与结论：总的来说，YJ1206作为一种新型的CDK12/13降解剂，在体内外模型中均展现出了显著的抗肿瘤效果，并且具有较低的毒性和良好的药代动力学特性。这些发现表明，YJ1206具有成为治疗前列腺癌等CDK12/13依赖性肿瘤的潜在临床药物的前景。 新延伸问题、下一步实验引出：尽管YJ1206展现出了良好的应用前景，但仍有一些关键问题需要进一步探索。例如，YJ1206在人体中的安全性和有效性尚未得到验证，需要进行临床试验来评估。此外，YJ1206与其他药物的相互作用也是一个值得关注的问题，需要进一步的研究来明确。未来的研究还应该探索YJ1206对于其他类型肿瘤的潜在治疗效果，并进一步优化其药代动力学特性，以提高其临床应用的可行性。 在这项研究中，类器官（Organoids）的培养是一项关键技术，主要用于模拟人体肿瘤的微环境，以评估药物的疗效和探索肿瘤生物学行为。类器官是从肿瘤组织或正常组织中提取细胞，通过特定的培养条件，让其自我组织、增殖并形成具有三维结构的小型“器官”，这些小型器官能够在一定程度上模拟其来源组织的特性。 类器官培养步骤： 组织采集：首先从患者身上获取肿瘤组织样本，通常是通过手术或活检。 组织处理：将收集到的组织样本切成小块，并在含有抗生素的磷酸盐缓冲液（PBS）中清洗，以去除血液和其他杂质。 组织消化：使用酶（如胶原酶和中性蛋白酶）处理组织，以分解细胞外基质，从而获得单个细胞或细胞团。 细胞培养：将分散的细胞在含有生长因子、激素和其他营养成分的培养基中培养。培养基通常包含Rspo1、Noggin、EGF、FGF、B27等成分，以促进类器官的生长。 培养条件：类器官的培养需要在37°C、5% CO2的条件下进行，并定期更换培养基。 观察与传代：培养过程中需要定期观察类器官的生长情况，并在适当的时候进行传代，以维持其生长和扩增。 应用目的： 药物筛选：通过将类器官暴露于不同药物中，研究者可以评估药物对肿瘤细胞的杀伤效果，筛选出潜在的抗肿瘤药物。 疾病模型：类器官可以作为疾病模型，用于研究肿瘤的发生、发展和转移机制。 个性化医疗：利用患者源性的类器官进行药物敏感性测试，可以为患者提供个性化的治疗方案。 肿瘤生物学研究：类器官可以用于研究肿瘤细胞与微环境之间的相互作用，包括细胞信号传导、免疫细胞浸润等。 基因功能研究：通过基因编辑技术如CRISPR/Cas9，可以在类器官中敲除或敲入特定基因，研究这些基因对肿瘤表型的影响。 在本研究中，类器官的培养和应用，特别是在药物敏感性测试方面的应用，为研究CDK12/13降解剂YJ1206的疗效提供了一个有力的实验模型，有助于推动该化合物向临床应用的转化。 特色： 口服生物可利用性：研究开发的CDK12/13降解剂YJ1206具有口服生物可利用性，这在PROTAC技术领域是一个重要的进步，因为大多数现有的蛋白降解剂都是通过静脉注射给药。 合成致死效应的发现：研究发现YJ1206与AKT通路抑制剂联合使用时，能够在前列腺癌模型中诱导出合成致死效应，为治疗抵抗性前列腺癌提供了新的治疗策略。 低毒性：在免疫能力完整的小鼠中，YJ1206展现出了最小的不良反应，这表明其具有良好的安全性。 创新之处： 新型CDK12/13降解剂的设计：YJ1206是基于先前化合物7f优化而来的新型CDK12/13降解剂，具有更高的降解效率和更低的毒性。 PROTAC技术的应用：该研究成功地将PROTAC技术应用于CDK12/13的降解，这是靶向蛋白降解领域的前沿技术。 体内外模型的全面评估：研究不仅在体外细胞模型中评估了YJ1206的活性，还在多个体内模型中进行了药效学和毒理学评估，提供了全面的药代动力学和药效学数据。 联合疗法的探索：研究探索了YJ1206与AKT抑制剂的联合疗法，这种策略在CDK12/13降解剂的研究中是相对新颖的。 潜在的临床应用：YJ1206的开发为治疗前列腺癌，尤其是去势抵抗性前列腺癌提供了一种潜在的新疗法，这可能对临床治疗产生重要影响。 尽管这项研究在开发口服生物可利用的CDK12/13降解剂YJ1206方面取得了显著进展，并且展示了其在前列腺癌治疗中的潜力，但仍存在一些不足之处： 临床前模型的局限性：虽然YJ1206在小鼠模型中显示出了良好的抗肿瘤效果，但这些临床前模型并不能完全模拟人类疾病的复杂性。因此，YJ1206在人体中的效果和安全性还需要通过临床试验进一步验证。 药物动力学特性待优化：尽管YJ1206的口服生物利用度良好，但其药代动力学特性（如半衰期、清除率等）可能还有进一步优化的空间，以实现更好的疗效和更低的毒性。 长期毒性和副作用未知：研究中对YJ1206的毒性评估主要基于短期治疗，其长期应用是否会诱发耐药性或迟发性副作用尚未明确。 作用机制尚未完全阐明：尽管YJ1206能够降解CDK12/13并诱导AKT通路的合成致死效应，但其详细的分子作用机制和在不同肿瘤微环境中的行为仍需进一步研究。 个体化治疗的适用性：研究尚未充分探讨YJ1206在不同遗传背景和肿瘤亚型中的治疗效果，个体化治疗的适用性和预测生物标志物的鉴定是未来研究的重要方向。 这些不足之处提示了未来研究的方向，包括开展更大规模的临床试验、深入研究药物的作用机制、优化药物设计以及开发有效的生物标志物，以实现对前列腺癌等恶性肿瘤的更有效治疗。 这项研究通过开发一种新型的口服生物可利用的CDK12/13降解剂YJ1206，为治疗前列腺癌，尤其是转移性和去势抵抗性前列腺癌，提供了一种潜在的新疗法。YJ1206在临床前模型中展现出了显著的抗肿瘤效果和较低的毒性，同时，它与AKT通路抑制剂的联合使用策略，为实现合成致死效应提供了新的视角。这些发现不仅丰富了我们对CDK12/13在肿瘤发展中作用的理解，而且为未来的个体化医疗和精准治疗策略的开发奠定了基础，具有重要的科研价值和临床应用前景。 END 免责声明：本文仅作知识交流与分享及科普目的，不涉及商业宣传，不作为相关医疗指导或用药建议。文章如有侵权请联系删除。 OTC2024类器官前沿应用与3D细胞培养论坛圆满落幕，点击图片可查看会后报告，咨询OTC2025类器官论坛请联系：王晨 180 1628 8769

继9月30日和10月4日在Cell子刊Cell Reports Medicine杂志背靠背发表两篇关于CDK12的前沿研究，揭示CDK12突变驱动癌症发展的具体机制后，中国科学院上海有机化学研究所丁克研究员与密歇根大学Rogel癌症中心Arul Chinnaiyan教授在CDK12/13小分子调控剂工作上再有新的研究进展。 能够同时调控激酶功能与骨架功能的小分子降解调节剂技术受到科学家关注并相继报道靶向CDK12/13小分子降解剂研究。例如，Gray课题组以及杨波课题组相继报道选择性降解CDK12的BSJ-4-116及PP-C8（图1），并展现出与PARP抑制剂的协同效用。2022年，中国科学院上海有机化学研究所丁克研究员与密歇根大学Rogel癌症中心Arul Chinnaiyan教授合作报道靶向CDK12/13的降解剂7f（图1），尽管该分子在TNBC细胞中表现出良好降解活性，但糟糕的PK性质限制了该分子的进一步开发。 图1 CDK12/13降解剂 针对其成药性问题，近日上述两个研究团队通过协力合作，在药物化学领域Top期刊Journal of Medicinal Chemistry在线发表了研究进展，报道了一类可口服吸收的高选择性CDK12/13 PROTAC降解剂ZLC491（图1）。 ZLC491在多种体内外TNBC模型中显示出优异的CDK12/13降解能力。体外TNBC模型中ZLC491能持续下调DNA损伤修复（DDR）相关基因的表达，单用、与PARP抑制剂或NDA交联剂联用时可显著抑制TNBC细胞系的增殖。体内测试结果显示ZLC491表现出良好药代性质（图2），在小鼠口服给药后可在肿瘤组织中显著降解靶蛋白（图3）。 图2 ZLC491的pk参数 图3 ZLC491的体内降解活性 Discovery of ZLC491 as a Potent, Selective, and Orally Bioavailable CDK12/13 PROTAC Degrader Licheng Zhou,# Kaijie Zhou,# Yu Chang,# Jianzhang Yang, Bohai Fan, Yuhan Su, Zilu Li, Rahul Mannan, Somnath Mahapatra, Ming Ding, Fengtao Zhou, Weixue Huang, Xiaomei Ren, Jian Xu, George Xiaoju Wang, Jinwei Zhang, Zhen Wang,* Arul M. Chinnaiyan,* and Ke Ding* J. Med. Chem. 2024, doi：10.1021/acs.jmedchem.4c01596 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↓