推薦一篇發(fā)表在Science上的文章，其標(biāo)題為“Covalent inhibitors of the PI3Kα RAS binding domain impair tumor growth driven by RAS and HER2”。本文通訊作者是來自Vividion Therapeutics公司的首席科學(xué)家Matthew P. Patricelli和英國Francis Crick研究所的Julian Downward教授。本文中，作者基于化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)與經(jīng)典生化策略，成功設(shè)計(jì)并篩選得到了一種新型的抑制劑，可以靶向阻斷PI3Kα的RAS結(jié)合域與小GTP酶RAS之間的相互作用，最終顯著抑制了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。
小GTP酶RAS的致癌突變出現(xiàn)在超過20%的人類癌癥中，因此被認(rèn)為重要的原癌基因。大量研究者針對(duì)RAS及其相關(guān)通路進(jìn)行研究，試圖以此實(shí)現(xiàn)腫瘤的殺傷與治療。然而，此前的研究中，針對(duì)RAS相關(guān)的PI3K通路等策略受到藥物安全毒性的限制，從而限制了其應(yīng)用的空間。為了解決這一問題，研究者試圖通過阻礙PI3K和RAS的相互作用，來實(shí)現(xiàn)腫瘤的治療。
此前的研究中指出，PI3Kα的催化亞基p110α是和RAS結(jié)合的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元。而突變篩選實(shí)驗(yàn)證明，RAS結(jié)合結(jié)構(gòu)域中，Thr208和Lys227是其中的關(guān)鍵殘基?；诖耍芯空哚槍?duì)RAS進(jìn)行了化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)，揭示了其中21個(gè)反應(yīng)性半胱氨酸殘基，同時(shí)242位的半胱氨酸殘基吸引了他們的注意。Cys242位于Thr208和Lys227周圍非常鄰近的位置，他們認(rèn)為，Cys242很可能作為共價(jià)抑制劑的重要靶點(diǎn)殘基。
同時(shí)，為了能夠?qū)ο嗷プ饔玫恼{(diào)控過程進(jìn)行有效的評(píng)估，研究者設(shè)計(jì)了Nanobit體系。即，在KRAS和p110α分別連接一個(gè)分裂式熒光素酶的一端，正常情況下，兩者可以相互作用，以此促進(jìn)熒光素酶的組裝，進(jìn)而促進(jìn)熒光素酶對(duì)底物進(jìn)行催化。當(dāng)加入有效互作阻斷劑時(shí)，KRAS和p110α相互作用被打破，熒光素酶無法組裝，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)互作阻斷能力的表征。
由此，他們成功篩選到一系列以VVD-442和VVD-699為主的共價(jià)反應(yīng)性抑制劑，進(jìn)行后續(xù)的研究。
后續(xù)，研究者對(duì)篩選到的共價(jià)抑制劑的功能機(jī)制進(jìn)行了表征。通過X射線晶體衍射策略，他們確認(rèn)了抑制劑分子阻斷相互作用的分子機(jī)制。同時(shí)，結(jié)合經(jīng)典生化表征，他們確認(rèn)了抑制劑分子對(duì)于其下游生物學(xué)過程的作用效果。結(jié)果顯示，VVD-699在胞內(nèi)可以有效地阻斷RAS-p110α的相互作用，進(jìn)而抑制了催化亞基PI3Kα的功能并抑制AKT信號(hào)通路，最終限制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。進(jìn)一步表征發(fā)現(xiàn)，VVD-699有較高的腫瘤特異性，即其對(duì)正常細(xì)胞中野生型PI3Kα影響較小，并具有較低的毒副作用。此外，他們意外地發(fā)現(xiàn)，VVD-699在多種RAS突變模型中均有有效的抑制能力，且HER2過表達(dá)的細(xì)胞對(duì)VVD-699有著獨(dú)特的敏感性，這大大增強(qiáng)了VVD-699對(duì)于腫瘤細(xì)胞的抑制能力。
綜上，本文中，作者結(jié)合化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)生物學(xué)策略，成功開發(fā)出了一種靶向PI3Kα上RAS結(jié)合域上半胱氨酸特異性的共價(jià)反應(yīng)性抑制劑分子，成功阻斷PI3Kα與RAS相互作用的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)腫瘤的有效治療與殺傷。
本文作者：KLH
責(zé)任編輯：LZ
DOI：10.1126/science.adv2684
原文鏈接：https://doi.org/10.1126/science.adv2684
