上海有機所合作在吲哚萜模擬物作用機制研究中取得進(jìn)展
吲哚萜是一大類(lèi)具有吲哚和萜類(lèi)雜合結構的天然產(chǎn)物。該類(lèi)化合物具有多樣的生物學(xué)功能，近年來(lái)其抗腫瘤活性引起較多關(guān)注。上海有機所生命過(guò)程小分子調控國重室李昂課題組前期系統發(fā)展了Prins環(huán)化策略，實(shí)現了indotertine A、hapalindole Q、sespenine、epoxyeujindole A、14-hydroxyaflavinine等多類(lèi)吲哚萜的化學(xué)合成。在此基礎上，該課題組與華東理工大學(xué)何薇薇課題組、海軍軍醫大學(xué)張衛東課題組合作，運用分子間共軛加成方法構建了吲哚萜模擬物庫，并從中發(fā)現化合物JP18具有誘導細胞周期阻滯的作用?(Chem. Asian J.?2016,11,2715)。最近，李昂課題組與何薇薇課題組、張衛東課題組以及上海藥物所羅成課題組深入合作，發(fā)現JP18的鹵代類(lèi)似物 (+)-6-Br-JP18和 (+)-6-Cl-JP18具有更強的細胞周期阻滯活性，并確定了這兩個(gè)化合物都作用于β-微管蛋白 (β-tubulin) 的秋水仙堿結合位點(diǎn) (colchicine-binding site)，闡釋了它們導致人類(lèi)細胞的中心粒蛋白A (CENP-A) 過(guò)度累積的機制 (Target identification and mechanistic characterization of indole terpenoid mimics: proper spindle microtubule assembly is essential for Cdh1-mediated proteolysis of CENP-A.Adv. Sci.2024,2305593)。?
CENP-A是中心粒特有的一種組蛋白H3變體，在著(zhù)絲點(diǎn)定位和染色體分離過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，該蛋白在人類(lèi)細胞中的調控機制尚不完全清楚。合作團隊通過(guò)對JP18的構效關(guān)系研究發(fā)現，吲哚6位鹵代類(lèi)似物 (+)-6-Br-JP18和 (+)-6-Cl-JP18 具有更強的M期阻滯活性。由于難以獲得合適的衍生化探針?lè )肿右赃M(jìn)行基于親和力層析的靶點(diǎn)識別，合作團隊運用了加州大學(xué)洛杉磯分校黃菁等發(fā)展的基于藥物親和力響應靶點(diǎn)穩定性 (DARTS) 的無(wú)標簽靶點(diǎn)識別方法，鑒定tubulin為 (+)-6-Br-JP18的潛在作用靶點(diǎn)。X射線(xiàn)晶體學(xué)分析表明兩個(gè)鹵代類(lèi)似物均作用于colchicine-binding site，與吲哚氮相連的氫原子和6位的鹵原子分別通過(guò)氫鍵和鹵鍵與β-tubulin Asp251和Asn350殘基作用。合作團隊發(fā)現包括 (+)-6-Br-JP18和 (+)-6-Cl-JP18在內的微管抑制劑使人類(lèi)細胞中APC/C E3泛素連接酶共激活劑Cdh1水平下調及CENP-A水平上調。通過(guò)進(jìn)一步機制研究，揭示了APC/CCdh1在人類(lèi)細胞中介導CENP-A的泛素化?蛋白酶體降解，證實(shí)了微管正常組裝對于CENP-A降解的必要性。總之，合作團隊充分利用小分子工具的獨特優(yōu)勢，建立了微管組裝/解組裝與CENP-A過(guò)度累積之間的聯(lián)系，闡釋了Cdh1在CENP-A調控中的關(guān)鍵作用 (圖1)。鑒于CENP-A異常上調與染色體不穩定性 (CIN) 之間的密切關(guān)系以及CIN與微管抑制劑耐藥性之間的潛在關(guān)系，此項研究有助于理解微管抑制劑誘導耐藥性出現的機制細節，并提示了Cdh1在防止癌癥治療中此種耐藥性出現方面的潛在作用。從更廣闊的角度，此項研究展示了天然產(chǎn)物及其模擬物/類(lèi)似物作為切入工具在理解生物學(xué)機制方面的獨特優(yōu)勢。?
華東理工大學(xué)研究生彭琰和張雨萌、華東理工大學(xué)?上海有機所聯(lián)合培養研究生方阮、上海藥物所研究生蔣昊為相關(guān)論文的共同第一作者。此項研究受到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、上海市科委等機構資助。李昂研究員獲得了新基石科學(xué)基金會(huì )的科學(xué)探索獎支持。
圖1.?(+)-6-Br-JP18破壞紡錘體微管組裝和影響Cdh1介導的CENP-A溶酶體降解的作用機制示意圖。該化合物通過(guò)靶向β-tubulin的秋水仙堿結合位點(diǎn)破壞微管組裝，從而導致APC/C E3泛素連接酶共激活劑Cdh1的下調以及APC/C底物CENP-A的過(guò)度累積。這種累積會(huì )影響有絲分裂過(guò)程中染色體的精確分離，并可能引起染色體不穩定性的出現。
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