HAT1

今天给大家讲一篇2024年2月在nature machine intelligence上发表的基于深度学习方法设计药物分子的文章的文章。作者提出了一个在给定蛋白质结合口袋条件下、纳入化学知识约束的分子生成框架PocketFlow，并通过消融实验表明了化学知识在生成分子的有效性和类药性方面起到的关键作用。通过设计与表观遗传调控相关的两个新的靶蛋白（HAT1和YTHDC1）抑制剂的实验表明活性化合物与靶蛋白的结合模式与分子对接预测的结果非常接近。因此，该方法的提出有助于提高药物设计的准确性，以发挥其特异性的治疗效果。分子生成模型的研究背景目前基于配体的分子生成模型（DGMs）首先利用神经网络从大量已知活性化合物中学习这些结构信息的概率分布，然后通过对学习到的分布进行采样来生成新的分子结构。此外，基于结构的方法则会将目标受体的结构信息作为特征引入模型中，这将有助于提高药物设计的准确性。特别是当某些蛋白质只有极少数或没有已知的配体分子，对于这些情况，基于结构的方法可以在蛋白质结合口袋内生成新的配体分子，这将能够克服基于配体的方法的缺点。不过现有基于结构的方法仍存在一定的问题，其一是现有的数据绝大多数由实验测定过的蛋白质-配体复合物组成，数量不足以训练生成模型。其二是目前基于结构的的方法仍然是一种数据驱动的方法，因此还存在着缺乏鲁棒性和可解释性等问题。此外，大多数分子生成模型在训练和生成过程中都没有考虑化学键信息，即输出为一组没有连通性的离散原子，然后将其组装起来形成分子，这种策略可能导致合成较困难，且类药性差。虽然所生成的分子已经在理论上得到了验证，但它们的生物活性和结合模式尚未经过湿实验的验证。设计流程2.1  PocketFlow设计流程PocketFlow是一种自回归生成流模型，可以逐步生成蛋白质口袋内的小分子。在给定的三维口袋的条件下，该方法建立了一个从正态分布到原子类型和共价键分布的可逆映射。在生成过程的每一步，模型从正态分布中采样以生成一个新的原子，同时生成相应的坐标和共价键。首先将结合位点和分子片段作为语境信息输入至模型（图1a），并利用上下文编码器模块对其进行编码以提取特征（图1b），然后利用一个焦点网络从当前环境选择一个焦点原子作为生成新原子的参考点（图1c）。在生成的每一步都将原子类型、坐标、共价键作为下一代步骤的输入，如果新生成的子结构不满足化学知识约束则重新采样（图1g)。如果满足以下任何一个条件，将停止采样。其一是没有原子可以预测为焦点原子，其二是生成的原子数量达到预定义的最大值，其三是采样步达到预定义的最大值。图1模型设计流程实验结果3.1化学结构合理性评估作者从键长、键角和环结构几个方面评估了生成分子的化学结构的合理性，并分析了九种常见的共价键。如图（2a-2i）所示，由PocketFlow生成的分子的键长分布更接近于CrossDocked2020、及三个基线生成的分子。尽管Pocket2Mol生成特定共价键类型的分子能力更好，但PocketFlow生成分子结构的合理性整体仍优于Pocket2Mol。同样，由PocketFlow生成的分子的键角分布比由三个基线生成的分子的键角分布更接近于CrossDocked2020数据集。此外，在环结构中，五元环、六元环及融合环在类药物分子中最常见，而环如三、四元、七元、更大的环则有合成可及性差、毒性高、代谢不稳定等特点，如图（2j-2o）所示，可以发现PocketFlow生成的分子生成不常见、稳定性差的环结构的分子比例较低。图2 评估生成分子的几何性质3.2 小分子构象合理性评估为了评估生成的分子的结合位点和结合亲和度/配体效率（LE），作者利用PocketFlow生成10000个分子，并随机选择了1000个分子来进行统计分析。如图3所示，其中目标蛋白及其活性口袋为白色，绿点表示分子中的重原子。可以发现由PocketFlow生成的分子主要位于蛋白质口袋内，而由GraphBP生成的分子则分散地分布在蛋白质口袋周围，大量分子位于口袋外部。由Pocket2Mol生成的分子也主要位于口袋内部，但Pocket2Mol的原子分布比其他三种模型更稀疏，特别是2ah9，这可能是由于Pocket2Mol生成的分子多样性较低，不同分子之间的原子坐标非常接近，导致空间中有许多原子重叠在一起。图3  不同生成模型生成分子的原子位置分布3.3 YTHDC1抑制剂设计YTHDC1是一种特异性识别n6-甲基腺苷（m6 A）RNA修饰的表观遗传调控蛋白。研究表明，YTHDC1的失调与许多病理状态相关，尤其是急性髓系白血病。因此，YTHDC1被视为治疗急性髓系白血病的潜在靶点，而针对YTHDC1的小分子抑制剂可能成为潜在的疾病干预药物。作者利用PocketFlow对YTH结构域蛋白1（YTHDC1）设计小分子抑制剂。首先选择PDB ID为4r3i作为晶体结构，并选择YTHDC1的底物结合位点作为活性口袋来生成1000个分子，筛选条件为分子量为250到400之间、类药性大于0.9、可合成性小于3，再对筛选后的235个分子进行分子对接，并根据预测的LE值进行排序，选择排名最高的五个化合物。图4e展示了Y3的IC50为32.6 μM，通过DSF和等温滴定量热法进一步测得Y3解离常数（KD）值为108μM，图4f显示了由PocketFlow生成的结合模式与由分子对接预测的结合模式相互叠加，表明其结合模式非常相似。图4 PocketFlow设计出的YTHDC1小分子抑制剂结论本文提出了一个基于结构的分子生成模型，PocketFlow。它利用等变图神经网络用于建模蛋白质-配体复合物的几何结构。为了捕捉蛋白质和配体之间的相互作用信息，还引入了三角自注意机制以增强模型学习合理化学结构的能力。此外，由PocketFlow生成的分子在可合成性、键长分布、键角分布和环结构等方面更接近真实的类药物分子（CrossDocked2020）。此外，与基准模型相比，PocketFlow能够生成具有更好的结合位点（在口袋内）和更高的配体效能的分子。未来可以通过引入强化学习来提升生成分子的结合亲和力，并将生成分子的药代动力学性质和毒性纳入优化指标。参考文献Moret, M. et al. Leveraging molecular structure and bioactivity with chemical language models for de novo drug design. Nat. Commun. 14, 114 (2023).版权信息本文系AIDD Pro接受的外部投稿，文中所述观点仅代表作者本人观点，不代表AIDD Pro平台，如您发现发布内容有任何版权侵扰或者其他信息错误解读，请及时联系AIDD Pro (请添加微信号sixiali_fox59)进行删改处理。本文为原创内容，未经授权禁止转载，授权后转载亦需注明出处。有问题可发邮件至sixiali@stonewise.cn关注我，更多资讯早知道↓↓↓

前言肿瘤是一个复杂的生态系统，其中癌症细胞和多种宿主细胞之间的相互作用影响疾病的进展和治疗反应。在肿瘤进展过程中，癌症细胞采用多种途径来逃避免疫攻击，例如下调抗原提呈机制或诱导抑制性免疫检查点分子，而免疫压力在肿瘤的发展和转移扩散过程中促进克隆进化。同时，癌症细胞劫持免疫细胞，如中性粒细胞、巨噬细胞和调节性T细胞（Treg），以协调免疫抑制性肿瘤微环境（TME）。这反过来促进免疫逃逸，促进血管和细胞外基质的重塑，并支持癌症进展和治疗抵抗。异常免疫反应被广泛认为是癌症的标志，并为癌症治疗提供了有吸引力的靶点。因此，我们有必要深入了解癌症细胞的内在特征，包括遗传变异、信号通路调节和代谢改变，它们在协调免疫景观的组成和功能状态方面发挥关键作用，并影响免疫调节策略的治疗效益。遗传改变癌基因、抑癌基因或DNA损伤修复基因中的特定癌症细胞固有遗传改变有助于调节癌症免疫状况。癌基因癌症细胞中不同的致癌基因通过不同的机制调节免疫行为，这些机制因癌症类型、癌症分期和癌症部位而异。例如，KRAS突变通过IL-8诱导的炎症、IL-6介导的巨噬细胞和Treg细胞浸润、GM-CSF诱导的Gr1+CD11b+髓系细胞的扩增、IL-10和TGF-β介导的CD4+CD25−T细胞向Treg细胞的转化、以及抑制干扰素调节因子2（IRF2）和随后产生的CXCL3，从而导致CD8+T细胞抑制，髓系衍生抑制细胞（MDSCs）的迁移增强。MYC通过增强CD47和PD-L1表达来抑制抗肿瘤免疫，从而削弱巨噬细胞和T细胞的募集。此外通过分泌IL-1β，阻断细胞毒性T细胞、NK细胞和树突状细胞的浸润，并增强支持肿瘤的巨噬细胞和中性粒细胞的浸润。KRAS突变和MYC还通过与MYC相互作用的锌指蛋白1（MIZ1）产生协同作用，介导IFN-β的抑制以及CCL9和IL-23的分泌，增强PD-L1+巨噬细胞浸润，抑制B细胞、T细胞和NK淋巴细胞驱动免疫逃避。此外，突变的表皮生长因子受体（EGFR）通过降低PD-L1表达来驱动免疫逃逸，通过IRF1介导的CXCL10下调阻碍CD8+T细胞募集，并通过CD73依赖性腺苷生成或JNK–JUN介导的CCL2上调促进Treg细胞浸润。人表皮生长因子受体2（HER2）扩增导致主要组织相容性复合物I类（MHC-I）的下调和TANK结合激酶1（TBK1）的磷酸化，其抑制下游cGAS–STING信号传导和IFNβ产生，导致免疫逃避。抑癌基因抑癌基因通过不同的环境依赖机制调节免疫。例如，研究发现Trp53的缺失通过WNT配体介导的巨噬细胞极化和IL-1β的产生驱动免疫抑制，导致中性粒细胞的全身聚集，从而CD8+T细胞的抑制和CXCL17、CCL3、CCL11、CXCL5和M-CSF介导的巨噬细胞和Treg细胞的募集。TP53的突变与PD-L1表达相关，并通过CXCL2分泌调节免疫抑制中性粒细胞的募集，通过NF-κB介导的IL-8调节慢性炎症，并且结合TBK1抑制下游cGAS–STING–IRF3信号传导和IFN-β1的产生，其减少T细胞和NK细胞浸润并增强巨噬细胞极化。相反，TP53的功能增益突变与新抗原表达，以及IFN-γ和CXCL9表达相关，这支持抗肿瘤免疫。在KRAS突变肿瘤中，丝氨酸/苏氨酸激酶11（STK11）的失活通过粒细胞集落刺激因子（G-CSF）、IL-6和CXCL7的表达刺激免疫抑制中性粒细胞的积聚。此外，KRAS和STK11突变肿瘤中PD-L1的表达会导致对免疫检查点阻断（ICB）的抵抗。最后，PTEN丢失通过CCL2和VEGF的分泌减少CD8+T细胞浸润，并激活PI3K信号增强PD-L1的表达，以及NF-κB介导的CCL20、CXCL1、IL-6和IL-23分泌增强Treg细胞和髓系细胞浸润，并通过IL-1β和M-CSF驱动局部MDSC扩增。DNA损伤修复机制的遗传改变癌症细胞中的错配修复（MMR）缺陷会导致突变、新抗原和细胞中DNA的积累，从而触发cGAS–STING依赖性的T细胞浸润，免疫检查点分子如PD-1、PDL1、CTLA-4和LAG-3在浸润免疫细胞上的表达增强。在BRCA1突变的肿瘤中，双链DNA积聚在细胞中，并引发与CD8+T细胞浸润相关的cGAS–STING介导的炎症反应。cGAS–STING还促进免疫抑制性髓系细胞、巨噬细胞、Treg细胞和耗竭的PD1+T细胞的募集，以及VEGF的上调。DNA传感基因和下游介质（如IFN-β或CCL5）的遗传缺失或表观遗传沉默可介导BRCA1突变肿瘤的免疫逃逸，以及PD-L1的表达增强。相反，BRCA2突变肿瘤显示cGAS–STING介导的各种T细胞群的富集。表观遗传修饰除了遗传改变外，表观遗传改变也是癌症细胞的一个共同特征，在核结构和基因转录中起着至关重要的作用。癌症表观基因组会发生各种变化，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA的失调。越来越多的证据表明，癌症细胞中发生的表观遗传变化也会影响与免疫系统的串扰。DNA甲基化由于超级增强子（SE）的形成，炎症基因的DNA去甲基化导致CXC趋化因子配体（CXCL）介导的中性粒细胞募集，而总体低甲基化与PD-L1、IL-6和VEGF的表达增强相关。而DNA（超）甲基化可降低编码PD-L1的基因CD274和编码MHC-I的HLA基因的表达，而编码cGAS–STING的基因通过启动子甲基化的转录抑制增强MHC-I表达和T细胞识别。异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）或IDH2的突变通过将α-酮戊二酸转化为（R）-2-羟基戊二酸（2HG）来诱导全局超甲基化。而编码PD-L1、CXCL9和CXCL10免疫相关基因的转录抑制会损害IDH突变肿瘤中CD8+T细胞的浸润，G-CSF的转录激活会增强非抑制性中性粒细胞和前中性粒细胞的浸润。组蛋白甲基化组蛋白H3在Lys27发生三甲基化（H3K27me3），在DNA低甲基化的背景下，抑制编码MHC-I、CXCL9和CXCL10的基因，并减少CD8+T细胞浸润。癌症细胞中的多梳抑制复合物2（PRC2）活性介导H3K27me3，抑制G-CSF和IL-6的表达并诱导性一氧化氮合成酶阳性（iNOS+）巨噬细胞、中性粒细胞和T细胞的招募。ARID1A是SWI/SNF复合物的DNA结合亚基, ARID1A的遗传突变会抑制IFN-γ诱导基因转录和CXCL9、CXCL10和CXCL11的表达，从而抑制T细胞浸润。组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化通过组蛋白乙酰转移酶1（HAT1）调节免疫应答，HAT1介导CD274和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的表达，HDACs抑制编码PD-L1和PD-L2的基因的表达，以及CCL5、CXCL9和CXCL10的表达，从而损害T细胞浸润。细胞内信号通路癌症细胞的一个关键特征是异常信号传导，这是由编码或非编码DNA区域的遗传或表观遗传改变以及生长因子和代谢等外部信号驱动的。WNT–β-catenin通路激活的癌症细胞内固有WNT–β-catenin信号与免疫排斥相关，但其潜在机制仍不明确。WNT–β-catenin通过诱导ATF3表达阻断CD103+树突状细胞的募集和T细胞启动，并抑制CCL4或CCL5分泌。TGF-β通路淋巴细胞抗原LY6K和LY6E在癌症细胞中的过表达激活TGF-β信号转导和SMAD2/3磷酸化，导致NK细胞活性降低和Treg细胞浸润增强。αVβ6整合素的上调通过激活TGF-β和SMAD2/3磷酸化来调节SOX4的表达，SOX4抑制多种I型干扰素诱导基因和编码MHC-I的基因，同时增强PD-L1表达，这会损害细胞毒性T细胞介导的免疫。此外，癌症细胞衍生的TGF-β介导CD4+T细胞向Treg细胞的转化。而SMAD4的敲除会导致肿瘤细胞中TGF-β信号的失活，这增强了CCL9的表达和未成熟髓系细胞的募集。NF-κB信号通路PD-L1的表达受癌症细胞内NF-κB信号转导的转录调控，其途径是通过MUC1-c与CD274启动子上的NF-κB亚基p65的直接结合，或通过TGF-β介导的MRTFA的表达。MUC1-C和p65还驱动ZEB1转录，这导致编码CCL2、IFN-γ、GM-CSF和TLR9的基因受到抑制，CD8+T细胞浸润受损。相反，免疫疗法和化疗诱导的NF-κB和p300–CBP的活化增强了MHC-I抗原呈递和CD8+T细胞识别。HIF信号通路缺氧诱导的缺氧诱导因子1α（HIF1α）信号通路通过增强CD274的表达和抑制编码CCL2和CCL5的基因来驱动免疫逃避，这会损害NK细胞和CD8+T细胞的浸润，而HIF2α诱导CXCL1的表达并促进肿瘤的中性粒细胞募集。代谢改变在肿瘤的发生和进展过程中，癌症细胞及其TME不断暴露在恶劣的条件和压力下。为了生存和维持生长，需要细胞适应和代谢重编程。癌症代谢重编程与免疫抑制和逃避有关。肿瘤细胞消耗大量葡萄糖，这与T细胞浸润不良有关。高葡萄糖消耗导致乳酸的产生并分泌到肿瘤微环境中，乳酸在肿瘤微环境中以免疫抑制的方式起作用，降低NK细胞的细胞溶解活性，并增强PD-1表达和Treg细胞的免疫抑制能力。此外，乳酸增加了肿瘤和脾脏中MDSC的频率，并在肿瘤相关巨噬细胞中诱导“M2样”极化。此外，癌症细胞中谷氨酰胺的消耗降低CD8+T细胞的活化和浸润，并通过增加G-CSF的分泌增强MDSC的募集。小结近年来，关于癌症细胞-免疫细胞串扰的研究大幅增长。跨越式发展的技术进步，包括单细胞多组学技术，基于人工智能的系统生物学方法以及体内体细胞基因编辑策略，有望加速这些研究的深入，并最终形成针对个体患者的新型免疫干预策略。展望未来，个性化免疫干预策略将需要综合多组学肿瘤表征、免疫分析、液体活检样本的动态监测以评估基于血液的生物标志物、计算数据分析和转化，以及临床相关体外和体内模型的机制研究。有关癌症细胞内在和癌症细胞外部特征的知识体系将共同决定局部和系统免疫状况，以指导临床决策，并为针对患者个性化新型治疗方法开辟道路。参考文献：1.Mechanisms driving the immunoregulatory function of cancer cells. Nat Rev Cancer.2023 Jan 30.封面图来源：pixabay版权声明/免责声明本文为授权转载文章。本文仅作信息交流之目的，不提供任何商用、医用、投资用建议。文中图片、视频、字体、音乐等素材或为药时代购买的授权正版作品，或来自微信公共图片库，或取自公司官网/网络，部分素材根据CC0协议使用，版权归拥有者，药时代尽力注明来源。如有任何问题，请与我们联系。衷心感谢!药时代官方网站:www.drugtimes.cn联系方式:电话:13651980212微信:27674131邮箱:contact@drugtimes.cn股价大涨270%！涨的是所有GLP-1“弯道超车”的机会3个月减重近30斤，股价翻倍，Viking已被礼来看中？14.6亿美元！诺和诺德又有新交易点击这里，欣赏更多精彩内容！

赖氨酸琥珀酰化修饰 (Lysine succinylation，Ksu)是以琥珀酰辅酶A为底物受酶或非酶催化形成的赖氨酸酰化修饰家族的重要成员之一，广泛存在于各个物种间，主要分布在细胞线粒体、细胞核和细胞质中。目前，已报道KAT2A和HAT1作为琥珀酰化转移酶，分别催化H3K79su和H3K122su，而CBP/p300也被报道参与催化组蛋白琥珀酰化，并且组蛋白琥珀酰化修饰可以促进转录表达、肿瘤细胞增殖和发展等。同时，SIRT5是目前已报道主要的去琥珀酰化酶。SIRT5是Sirtuin家族NAD+依赖的去酰化酶，主要存在于线粒体中，SIRT5缺失会导致线粒体蛋白高度琥珀酰化，参与调控脂肪酸代谢和TCA循环等生物过程。最近发现SIRT7可以去除H3K277su，但是主要的组蛋白去琥珀酰化酶是否是Sirtuin家族尚不清楚。为解决上述问题，华东师范大学翁杰敏教授、魏伟副研究员与中国科学院上海药物研究所黄河研究员于2023年8月15日在Cell Discovery杂志在线发表了题为“HDAC1/2/3 are major histone desuccinylase critical for promoter desuccinylation”的研究论文，首次揭示I类HDACs (HDAC1/2/3) 而非Sirtuin家族是主要的组蛋白去琥珀酰化酶，参与调控基因启动子区域的组蛋白琥珀酰化修饰从而影响转录调控。为了探究主要的组蛋白去琥珀酰化酶是SIRTs还是HDACs，研究人员在不同细胞系中使用广谱HDACs抑制剂TSA和广谱SIRTs抑制剂NAM处理，发现TSA处理可以显著增强不同细胞系中整体组蛋白琥珀酰化修饰水平，而NAM处理对整体组蛋白琥珀酰化修饰影响不大，仅增强H3K122su修饰水平，与之前报道SIRT7负责去除H3K122su相符。上述结果表明，HDACs负责调控更广泛的组蛋白琥珀酰化位点，而SIRTs可能只负责调控某个特定的组蛋白琥珀酰化位点，如H3K122su。此外，通过分离细胞核、细胞质和线粒体蛋白发现，HDACs去琥珀酰化底物蛋白主要是组蛋白，而SIRTs尤其是SIRT5可能主要负责线粒体蛋白的去琥珀酰化。图1. HDACs是广泛的组蛋白去琥珀酰化酶由于MS275（HDAC1/2/3选择性抑制剂）和TSA处理后组蛋白琥珀酰化增强效果相近，研究人员猜想HDAC1/2/3是HDACs中主要的组蛋白去琥珀酰化酶。通过单独敲除HDAC1、HDAC2或HDAC3发现，组蛋白琥珀酰化修饰未见显著升高，说明HDAC1/2/3可能存在代偿作用。然而，共敲除HDAC1/2/3可以显著增强组蛋白琥珀酰化修饰，包括H3K14su和H3K23su。过表达HDAC1/2/3而非其酶失活突变体显著降低组蛋白琥珀酰化修饰，包括H3K23su。此外，通过体内纯化HDAC1/2/3进行体外酶活实验发现，HDAC1/2/3展现显著的组蛋白去琥珀酰化能力，而酶失活突变体HDAC1/2/3不能。上述结果表明HDAC1/2/3是哺乳动物细胞中主要的组蛋白去琥珀酰化酶。图2. HDAC1/2/3是组蛋白去琥珀酰化酶最后，研究人员通过对是否经过TSA处理的细胞采用Pan-Ksu和H3K23su抗体进行ChIP-seq来获取整体的组蛋白琥珀酰化基因组分布情况。研究发现，TSA处理可以显著增强基因启动子区域的琥珀酰化水平。同时，结合转录组分析发现TSA处理后转录上调的基因，其启动子区域组蛋白琥珀酰化经TSA处理后也增强，说明HDAC1/2/3可以通过调控基因启动子区域组蛋白琥珀酰化水平参与转录调控，并且组蛋白琥珀酰化水平与转录激活正相关。综上，该研究首次揭示HDAC1/2/3而非SIRTs是主要的组蛋白去琥珀酰化酶，并首次在体外验证了HDAC1/2/3强大的组蛋白去琥珀酰化能力。除此之外，该研究还发现HDAC1/2/3通过影响基因启动子区域的琥珀酰化水平调控基因转录，为组蛋白琥珀酰化的生理功能和病理研究提供了新思路。全文链接https://www.nature.com/articles/s41421-023-00573-9会议推荐会议详情会议名称：2023（第14届）细胞与基因治疗研讨会暨抗体工程与创新免疫治疗技术论坛主办单位：生物谷、梅斯医学、同济大学附属同济医院、南京可缘大会时间：9月22-23日大会地点：上海 大会规模：1500人2010年至今，生物谷联合各合作单位已经顺利召开了13届细胞与基因治疗国际研讨会，与全球致力于细胞治疗行业同仁们一同成长沉淀，在提供行业信息交流平台的同时，也为基础研究提供了技术/产品等产业化的孵化平台。基于此，本届会议将继续以转化医学为切入点，以基础研究与临床应用相结合，针对细胞治疗的临床前沿研究、临床监管、治疗规范、细胞治疗安全性，免疫细胞新型疗法、实体瘤治疗、干细胞与癌症、抗体药物、核酸药物、基因编辑、肿瘤免疫治疗等热门议题进行讨论，诚邀国内外产学研医专家共聚，共绘产业发展新蓝图！长按识别二维码立即报名参会