Nat Commun：科学家开发出能靶向作用白血病特殊蛋白的小分子抑制剂

2021年5月19日 讯 /生物谷BIOON/ --ASH1L基因所表达的蛋白在急性白血病和其它疾病的发生过程中扮演着关键角色，然而，目前研究人员在开发靶向作用ASH1L的治疗性手段上仍然存在一定挑战。日前，一篇刊登在国际杂志Nature Communications上题为“Discovery of first-in-class inhibitors of ASH1L histone methyltransferase with anti-leukemic activity”的研究报告中，来自密歇根大学等机构的科学家们通过研究开发出了一种首创的小分子来抑制ASH1L蛋白的SET结构域，从而就能预防白血病发生和进展过程中关键分子之间的相互作用。

图片来源：https://www.nature.com/articles/s41467-021-23152-6

文章中，研究人员证实了催化的ASH1L蛋白的SET结构域在MLL白血病（混合谱系白血病，Mixed Lineage Leukemia）发生过程中扮演的关键角色；重要的是，缺失Ash1l或Ash1l SET结构域的小鼠仍然能够存活且并未发生重大的发育缺陷，这就表明，靶向作用ASH1L或许作用非常有限且会支持ASH1L作为一种有吸引力的靶点来帮助进行药物开发。然而，ASH1L也是抑制剂开发过程中极具吸引力的一个靶点，因为SET结构域能够适应非活性的构象，并通过自抑制环来阻断活性位点通路。

通过应用基于片段的筛查技术，随后进行药物化学和基于结构的设计方法，研究人员开发出了第一类强效的ASH1L抑制剂，其中就包括AS-99，通过系统性地进行生物化学、生物物理学和结构学的研究，研究人员就能开发出ASH1L抑制剂，其结合亲和力要比最初的片段命中率改善1000多倍，因此，本文研究揭示了小分子抑制ASH1L的SET结构域的可溯性，而此前并没有报道过此类小型分子/化合物。ASH1L抑制剂的另外一个显著特点就是硫代酰胺基团的存在，因为当其被酰胺取代后就会导致抑制活性下降约100倍，这或许是由于硫酰胺基团失去了设计硫的黄铜键，以及酰胺类似物中的氧与H2193的羰基之间的静电排斥作用，这一案例就强调了硫在蛋白质-配体复合物中良好的相互作用。

结构学研究表明，研究人员所开发的抑制剂能与SET结构域中自动抑制环附近的一个位点进行结合，这或许会稳定该区域的构象，并能异位阻断ASH1L的酶活性；有意思的是，仅存在于其它四种H3K36组蛋白甲基转移酶（NSD1、NSD2、NSD3和SETD2）中的自动抑制环中氨基酸序列的保守性较差，其或能为AS-99对ASH1L的选择性相比其它组蛋白甲基转移酶高出100倍提供了一定的依据。

ASH1L的SET结构域对于MLL融合基因的高效转化至关重要。

图片来源：Rogawski, D.S., et al. Nat Commun 12, 2792 (2021). doi：10.1038/s41467-021-23152-6

当在MLL白血病细胞中进行检测时，AS-99就能下调MLL融合靶向基因的表达并降低H3K36的二甲基化水平，这就有力支持了靶向作用的机制；基因集合富集分析（GESA分析）结果表明，AS-99能抑制MLL融合蛋白和HOXA9所驱动的转录程序，而利用AS-99的疗法还能抑制MLL白血病细胞的增殖，并能诱导其分化和凋亡，但在没有MLL1易位的对照细胞系中却并未出现这种现象，这就能排除一般的毒性。因此，AS-99再现了ASH1L基因失活或ASH1L SET结构域剔除后所观察到的效果，当在体内应用时，AS-99就能在MLL白血病系统性模型中减少白血病的负担，这就进一步支持了将对ASH1L的抑制作为一种方法来靶向治疗携带MLL1易位的白血病。

综上，本文研究中，研究人员报道了AS-99或能作为一种首创、具有良好特性、及亚微摩尔体外活性的选择性ASH1L抑制剂；该化合物或能作为一种非常有价值的化学探针来进一步探索ASH1L的生物学功能，并解决在不同疾病中阻断ASH1L的潜在治疗性效益，包括癌症等；相关研究结果或为后期科学家们开发靶向作用ASH1L的催化SET结构域的药理学制剂提供了新的思路和线索。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Rogawski, D.S., Deng, J., Li, H. et al. Discovery of first-in-class inhibitors of ASH1L histone methyltransferase with anti-leukemic activity. Nat Commun 12, 2792 (2021). doi：10.1038/s41467-021-23152-6