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Cell Chem. Biol.|GPX4的小分子变构抑制剂

分享一篇发表在Cell chemical biology的文章Small-molecule allosteric inhibitors of GPX4。文章的通讯作者是来自哥伦比亚大学的Brent R. Stockwell教授,他们组利用化学工具来研究细胞死亡的机制。



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在一些耐药性转移性癌症入侵其他器官的过程中,多不饱和脂肪酸PUFA的林芝(PUFA-PLs)水平增加会提高细胞膜的流动性。PUFA-PL的双键会发生过氧化,而细胞内谷胱甘肽过氧化物酶4即GPX4可以减少脂质过氧化的发生。一些小分子如RSL3或ML162可以抑制GPX4,并诱导癌细胞发生铁死亡,但是基于这些抑制剂进行开发药物仍然具有挑战性,需要对结合抑制的机制进行更深入研究。在本文中,作者构建了不同的GPX4突变体来研究小分子RSL3ML162的共价结合机制以及对GPX4的影响,并据此寻找了更多可以结合、抑制GPX4的小分子化合物。



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首先,作者通过GPX4 U46CRLS3ML162的共晶结构发现小分子都可以和GPX4活性位点附近的C66共价结合,而过表达C66S突变的GPX4导致细胞对小分子诱导的铁死亡耐受,说明C66位点对小分子调节GPX4功能的重要性。由于GPX4活性位点附近含有7Cys1Sec,作者决定将所有这些亲电位点突变为Ala或者Ser,并逐一将其恢复为Cys,发现表达A66C以及A46U的恢复体的HT080细胞在ML162处理后内部GPX4的稳定性降低、细胞存活率增加,其中A66C也能在RSL2处理的细胞上得到相似效果,这说明RSL3ML162在细胞中能够特异的和Sec46以及C66共价结合。此外,在使用IKE抑制System Xc-诱导G401细胞发生铁死亡的模型中,过表达A46UA66C恢复体能够将细胞死亡水平减少到和过表达野生型GPX4相似的程度、过表达A10C则进一步加剧死亡,这与此前报道的GPX4GSH依赖性催化过程需要C10U46C66共同参与的模型相支持,在低GSH水平的细胞中C66S-C10S双突变也导致GPX4的活性明显减少。


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由于C66在GPX家族中并不保守,作者进一步想探究C66周围区域对RLS3抑制剂结合的作用。在体外纯化的GPX4 U46C突变体上,作者证明了RSL3可以和突变体的C66共价反应,这种直接结合也抑制了GPX4活性。进一步的HSQC和NMR结果显示,C66周围的一些氨基酸在RSL3或无活性基团的衍生物处理后发生了变化,共晶结构也显示了对应的变化,说明C66周围的区域是RSL3的变构结合位点。基于这一发现,作者决定先从ML162的两个片段开始寻找其他和这一区域相互结合并发生反应的化合物,通过MALDI-MS和晶体结构解析来进行验证。从中他们发现了MAC-5576也能够和GPX4 U46C C66共价结合。此外,还通过了热稳定性分析来筛选了一个化合物库,从中发现LOC1886也能够和C66共价结合,该化合物处理HT1080后也能够调节GPX4的功能、诱导铁死亡的发生。


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总之,这篇文章证明RSL3和ML162和GPX4的活性Sec以及C66共价结合,同时也和附近的区域结合进行变构调节,而对GPX4 C66附近区域设计结合抑制剂有助于开发新的癌症治疗药物。

本文作者:MYZ
责任编辑:LDY
原文链接:https://www.cell.com/cell-chemical-biology/fulltext/S2451-9456(22)00387-7
文章引用:DOI:10.1016/j.chembiol.2022.11.003




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