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Nat. Chem. Biol. | PRC1的小分子抑制剂的发现
为大家推荐一篇发表在Nat. Chem. Biol.上的文章:Small-Molecule Inhibitors Targeting Polycomb Repressive Complex 1 RING Domain,文章的通讯作者是来自美国密歇根大学的Jolanta Grembecka和Tomasz Cierpicki,他们属于同一个课题组,研究方向是发展用于癌症靶向治疗的小分子药物。

PRC1和PRC2是涉及组蛋白识别和翻译后修饰的重要表观遗传调节因子,参与染色质状态的调控。PRC1的主要生化活性是在组蛋白H2A的K119上产生单泛素化,这通常与转录抑制有关。白血病干细胞(LSCs)是一类罕见的可增殖并分化为恶性肿瘤的细胞群,而PRC1复合物的两个关键组分BMI1和RING1B的活性被证明对LSC的增殖与白血病是必需的。因此,用小分子药物阻断PRC1活性可以根除LSC,为急性髓系白血病(AML)的治疗提供一种可靠的方法。
为了开发PRC1的抑制剂,作者设计了RING1B和BMI1活性结构域的融合蛋白RING1B-BMI1f,将其以15N标记的形式重组表达,通过1H-15N HSQC筛选了约1000个分子的片段库,鉴定到了一个最有效的片段RB-1。体外实验表明,RB-1能在mM浓度下抑制组蛋白H2A的泛素化,对其进行结构优化得到的RB-2在NMR滴定实验中测得了μM级的亲和力,对RING1B-BMI1f抑制的IC50也达到了12 μM。

对RING1B-BMI1的晶体结构进行分析,会发现它没有任何小分子结合口袋。为了理解RB-2与靶标的结合方式,作者分别解析了游离RING1B-BMI1和它与RB-2的共晶结构,观察到RING1B的K93至S99的显著位移和310螺旋的破坏,这种构象变化暴露了一个原本不存在的疏水口袋。运用X射线晶体学和NMR的混合方法,作者得到了RB-2占据这一疏水口袋的细节模型。基于这一模型,作者设计了更有效的RB-3分子,其效应是RB-2的5倍。通过表达不同的PRC1亚型的重组蛋白进行测试,作者发现RB-3是一种可以抑制各种PRC1复合物的通用抑制剂。但除了PRC1以外,并未发现RB-3对其他涉及H2A泛素化的酶、表观遗传酶、蛋白激酶等有抑制作用,也不与PRC2结合,说明RB-3有很强的选择性。
在纯蛋白水平上做了大量验证后,作者开始在细胞内测试RB-3的表现。在多种癌细胞中用RB-3处理和敲低RING1B或BMI1获得了相同的表型,证明RB-3广泛抑制各种癌细胞系中的PRC1活性。在模拟LSC的TEX细胞系中,RB-3诱导了TEX细胞的分化,ChIP实验证实RB-3破坏了PRC1与染色质的相互作用。作为对比,作者又测试了另一种具有AML治疗潜力的小分子PTC209,发现它诱导了AML细胞的凋亡而不是分化,说明RB-3与PTC209具有不同的作用机制。最后,作者在人AML样本中测试了RB-3的活性,发现RB-3抑制PRC1可通过不同的机制导致不同水平的分化。

综上,作者开发了一种高效的PRC1的抑制剂,并阐明了其结合PRC1的形式,验证了对LSC的诱导分化作用,为治疗白血病提供了一个新的药物研发的方向。



本文作者:TZY

责任编辑:WQW

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41589-021-00815-5

文章引用:DOI:10.1038/s41589-021-00815-5


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