上海哈工大课题组研商肉瘤精准识别获斩新靶标
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研究人员通过课题组发展的Allosite工具发现SIRT6一个潜在变构位点,继而利用虚拟筛选和荧光FPL方法筛到了两个可以微弱激活SIRT6的苗头化合物,经过系统的药物化学结构修饰获得先导化合物MDL-800。高效液相/质谱等方法的酶动力学揭示MDL-800是通过提高SIRT6对于底物亲和力及去乙酰化酶催化效率来发挥激动活性。MDL-800在HDAC家族的18个成员中对SIRT6具有很好的靶标选择性。结构生物学结合突变实验及大量生物物理方法证实MDL-800作用于SIRT6上的一个全新变构位点,并进一步确证了MDL-800是通过变构方式激活SIRT6去乙酰化酶活性而不影响SIRT6去长链酰化和ADP核糖转移酶活性。

国际著名学术杂志American Journal of Human Genetics(AJHG, IF=10.794)2017年第一期在线发表了上海交通大学医学院细胞分化与凋亡重点实验室张健课题组在变构领域的最新成果Proteome-scale investigation of protein allosteric regulation perturbed by somatic mutations in 7,000 cancer genomes,报告其发展了通过大规模肿瘤基因组在蛋白结构上的变构映射精准识别各类型肿瘤全新靶标的方法,并利用该方法发现非小细胞肺癌的全新靶标PDE10A。

复旦大学余巍课题组长期从事去乙酰化酶sirtuins家族调控衰老以及肿瘤代谢相关疾病的分子机制研究。继2017年在《美国科学院院报》(PNAS)上发表关于SIRT1响应氧化应激调控酪氨酸tRNA合成酶的工作后,余巍研究团队此次又揭示了sirtuins家族另一重要成员SIRT3调节肿瘤代谢的作用机制。研究人员发现,线粒体主要去乙酰化酶SIRT3在葡萄糖饥饿的情况下,能直接结合一碳单位代谢通路中一个关键代谢酶-丝氨酸羟甲基转移酶2(SHMT2),并能去除SHMT2 K95的乙酰化修饰,稳定SHMT2的细胞内表达以及维持SHMT2的高活性。SHMT2主要负责细胞内丝氨酸和甘氨酸的相互转换,高活性的SHMT2能帮助细胞抵抗线粒体的活性氧压力,并保证细胞内生物大分子的供应从而满足癌细胞快速增殖的需要。

同时,研究人员利用MDL-800对SIRT6在肿瘤中潜在的靶标作用进行了药理学验证。MDL-800可以在肝癌细胞内特异性激活SIRT6组蛋白去乙酰化活性,下调H3K9Ac和H3K56Ac,阻断细胞周期阻滞从而抑制肝癌细胞增殖。特别值得一提的是,肝癌移植瘤动物及其敲除模型的实验发现MDL-800具有良好的在体特异性抑制肿瘤生长的效果。这为SIRT6在延缓衰老、抗炎、治疗糖脂代谢等疾病治疗中发挥作用提供了新的思路。

变构(Allostery)指在远离蛋白底物位点的变构位点(AllostericSite)结合调节小分子,从而调节蛋白底物位点功能的现象,是生命体中广泛存在且十分重要的一种调节机制。在本工作中,张健等解析了33类肿瘤的7000例临床病人基因组,将识别的47,000多个突变数据映射至已发现的蛋白结构上,发现这些肿瘤基因组样本中的突变主要富集于蛋白的变构位点以及底物位点。基于这个现象,他们设计了根据映射在变构位点的突变分布来识别针对不同肿瘤新靶标的方法AlloDriver。利用这个方法,他们发现了非小细胞肺癌的全新靶标PDE10A(注:PDE10A是一个已知的用于治疗精神类疾病的药物靶点),并通过化学生物学方法证明PDE10A已上市的药物可以有效杀伤非小细胞肺癌细胞株,为非小细胞肺癌的治疗提供了新的途径。

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据悉,上海交通大学医学院张健研究员、陈国强研究员、徐颖副研究员为该论文共同通讯作者,黄志敏博士、赵君幸、邓玮博士、陈颖毅以及商佳琳为共同第一作者。此外,中科院上海药物研究所蒋华良研究员、谭敏佳研究员、胡昊博士,多伦多大学闵金荣教授,贵阳医学院何彬教授,同济大学毛志勇教授,仁济医院林厚文教授,中科院上海健康研究所秦樾研究员对论文亦有贡献。该工作受到国家自然科学基金委创新研究群体和重大研究计划基金的支持。

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近日,复旦大学生命科学学院余巍研究员与上海交通大学医学院附属新华医院崔龙教授课题组合作发现长寿基因SIRT3调控一碳单位代谢酶参与结直肠癌发生的新分子机制,为开发治疗结直肠癌的靶向药物提供了坚实的理论基础。10月26日,相关研究成果以《SIRT3去乙酰化丝氨酸羟甲基转移酶2(SHMT2)促进结直肠癌的发生》为题(“Deacetylation of Serine Hydroxymethyl-transferase 2 by SIRT3 promotes Colorectal Carcinogenesis”)在线发表在《自然·通讯》(Nature Communications)杂志上。

上海交通大学医学院张健课题组与陈国强课题组合作发现了SIRT6的首个具有功能的变构激动剂MDL-800,并初步证实了SIRT6激动剂可以通过阻断细胞周期来抑制肝癌增殖,研究为SIRT6作为新靶标的确认提供了证据,也为该靶标药物开发提供了优质的先导化合物基础。10月29日,该研究成果发表于《自然—化学生物学》。

张健课题组自2009年起长期致力于变构在药物发现领域的研究,课题组先后在变构调节机制阐明、变构药物设计方法发展及变构小分子发现方面做出系列工作,以通讯作者在Chem Rev, Chem Soc Rev,Nucleic Acids Res, Bioinformatics, Structure, ACS Med Chem Lett等多个重要学术期刊上发表了一系列变构研究成果。本论文的第一作者为张健课题组的沈倩诚博士以及美国哈佛医学院的程飞雄博士,论文的共同通讯作者还包括美国范德堡大学的赵中明教授。此外,上海交通大学的陈国强教授,华东师范大学的刘明耀教授以及卢伟强博士对论文亦有贡献。

图1. 模式图(低葡萄糖促进SIRT3去乙酰化SHMT2,帮助提供细胞快速增殖需要的氨基酸;高葡萄糖导致高度乙酰化的SHMT2,进入溶酶体降解,抑制细胞快速增殖)

科学家发现表观遗传靶标SIRT6激动剂可抑制肝癌增殖

随着精准医学的发展,识别各种肿瘤亚型所特有的全新靶标已经成为靶向药物开发的重要前提。随着临床大量各类肿瘤病人基因组数据的不断累积,解析肿瘤基因组高内涵数据,识别与各亚型肿瘤有关或者驱动肿瘤发生的基因(Drivergenes)及其表达蛋白,继而利用现有药物或发展全新小分子靶向该蛋白靶标,为该类型患者提供个体化治疗已成为了精准医学时代药物发现的全新趋势。

结直肠癌是全世界最常见的一种消化道恶性肿瘤。随着国民生活水平的提高和生活方式的转变,结直肠癌的发病率和死亡率正呈现出逐年上升的态势,中国成为全球结直肠癌每年新发病例最多的国家。目前,治疗结直肠癌主要依靠手术切除肿瘤结合放、化疗辅助等手段。从结直肠癌的致病机制以及影响疾病进程的遗传、表观遗传、代谢等因素出发,寻求新的诊断方法、药物靶点和预后干预手段十分必要。

论文信息:

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表观遗传调控是生命稳态维持的重要机制,其中组蛋白乙酰化被发现是和机体生理功能及病理表征联系最为紧密的修饰化之一。SIRT6是组蛋白去乙酰化酶家族中的一个成员,主要对组蛋白H3K9Ac和H3K56Ac进行去乙酰化。SIRT6自其功能开始被揭示起就一直是人类衰老、代谢等生理机制及肥胖、糖尿病、炎症、肿瘤等病理过程研究的“明星”分子。然而不同于大部分蛋白需要抑制剂,SIRT6作为表观遗传组蛋白去乙酰化酶一直期待能有激动剂突破,为延缓衰老、治疗糖脂代谢类疾病及抗肿瘤研究提供新的思路。但目前尚未有可用于靶标功能研究和验证的SIRT6小分子激动剂报道。

研究人员在结直肠癌病人样本中发现,SIRT3和SHMT2协同高表达,相应地SHMT2 K95的乙酰化程度低。高表达SIRT3或SHMT2的结直肠癌病人术后总存活率低,预后差。对SHMT2 K95的乙酰化修饰促进了E3连接酶TRIM21的结合,并导致乙酰化的SHMT2通过K63多聚泛素依赖的大自噬途径降解。这种修饰也削弱了结直肠癌细胞的增殖速率和成瘤能力。在诱导的小鼠肠炎模型中,Sirt3基因的缺失显著降低小鼠小肠的肿瘤大小和数量。免疫组化染色表明Sirt3 敲除小鼠的肿瘤细胞中SHMT2的表达量明显减少。本研究还对SHMT2突变体进行了结构解析,发现SHMT2 K95突变成R/Q则破坏了SHMT2完整的功能性四聚体结构,从而降低了其对底物丝氨酸的亲和,降低酶的活性。此研究揭示了SIRT3-SHMT2调控轴在结直肠癌发生中发挥的作用,为开发靶向SIRT3-SHMT2调控轴治疗结直肠癌的靶向药物提供了坚实的理论基础。

复旦大学为该工作的第一完成单位。余巍课题组博士生魏珍和崔龙课题组博士生宋经略为本文共同第一作者。复旦大学余巍研究员、上海交通大学医学院附属新华医院崔龙教授、刘辰莹副研究员为共同通讯作者。复旦大学生命科学学院李继喜教授课题组对SHMT2突变体晶体结构提供解析,是本研究的共同作者。本研究得到了国家自然科学基金衰老重大研究计划、科技部重点研发计划和上海市教委“东方学者”等项目的资助。

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