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【藥化】南開大學(xué)楊誠(chéng)/楊光團(tuán)隊(duì)JMC封面:利用PROTACs原理設(shè)計(jì)開發(fā)出可高效降解的FLT3-ITD蛋白降解劑

 CBG資訊公眾號(hào) 2021-11-27

    

急性髓系白血?。ˋcute myeloid leukemia, AML)是一種具有遺傳多樣性和侵襲性的血液惡性腫瘤,其源于未成熟髓系祖細(xì)胞分化受阻和無(wú)序增殖。Fms相關(guān)酪氨酸激酶3(FLT3)是一種在造血細(xì)胞上表達(dá)的酪氨酸激酶受體。在約30%的急性髓系白血?。ˋML)病例中發(fā)現(xiàn)FLT3的激活突變。

FLT3有兩種主要的激活突變:酪氨酸激酶近膜結(jié)構(gòu)域的內(nèi)部串聯(lián)復(fù)制(ITD)和酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域的點(diǎn)突變(通常在D835殘基)。FLT3-ITD是FLT3突變最常見的一種形式,在AML患者中發(fā)生率為15%-35%。該突變導(dǎo)致FLT3構(gòu)成性激活,從而激活多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子,如PI3K/AKT、MAPK/ERK,進(jìn)而促進(jìn)白血病細(xì)胞增殖,抑制細(xì)胞凋亡。多項(xiàng)研究表明FLT3-ITD患者復(fù)發(fā)率高,臨床預(yù)后差,總生存率低。因此,F(xiàn)LT3-ITD是治療FLT3-ITD陽(yáng)性AML的有效靶點(diǎn)。

在過(guò)去的十年中,許多藥物被開發(fā)為有效的FLT3-ITD抑制劑,例如一代的Dovitinib、Sorafenib、Midostaurin等。最近,一些相對(duì)更具選擇性的第二代FLT3-ITD抑制劑,例如Crenolanib、Quizartinib、FF-10101等高選擇性的FLT3-ITD分子也在經(jīng)歷不同階段的臨床試驗(yàn)中。然而,大多數(shù)患者在用藥初期得到緩解,很快就出現(xiàn)耐藥性和其他的安全問(wèn)題。為了滿足日益增長(zhǎng)的AML病人的臨床需求,研發(fā)更加安全高效的藥物分子依然迫在眉睫。除了直接抑制FLT3的激酶活性外,誘導(dǎo)FLT3- ITD降解正成為一種新策略。蛋白質(zhì)水解靶向嵌合體(PROTACs)技術(shù)提供了一個(gè)理想的方法。


圖1. PROTACs設(shè)計(jì)原理。

(圖片來(lái)源:Journal of Medicinal Chemistry

南開大學(xué)藥學(xué)院楊誠(chéng)/楊光團(tuán)隊(duì)致力于藥物化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)的研究。第一代FLT3-ITD抑制劑——多韋替尼(Dovitinib)具有優(yōu)異的體內(nèi)外活性。但是它是一個(gè)多靶點(diǎn)的激酶抑制劑,F(xiàn)LT3-ITD選擇性差,臨床使用時(shí)具有明顯的偏靶效應(yīng),并且藥物的使用量大,藥物的體內(nèi)蓄積等副作用也比較明顯,臨床治療效率較低。本項(xiàng)目組針對(duì)這一缺點(diǎn),在此基礎(chǔ)上通過(guò)PROTAC分子的設(shè)計(jì)原理,優(yōu)化E3連接酶配體和linker的結(jié)構(gòu),篩選得到的兩種化合物(12)具有顯著的抗MOLM-13和MV-4-11細(xì)胞(FLT3-ITD+AML細(xì)胞)增殖作用。


圖2. 基于Dovitinib結(jié)構(gòu)的PROTAC分子設(shè)計(jì)與篩選。

(圖片來(lái)源:Journal of Medicinal Chemistry

進(jìn)一步的生物學(xué)評(píng)價(jià)表明,用藥物處理以后,細(xì)胞內(nèi)形成蛋白、PROTAC分子和E3連接酶三元復(fù)合體,顯著上調(diào)FLT3-ITD蛋白的泛素化水平并誘導(dǎo)FLT3-ITD蛋白以泛素-蛋白酶體依賴的方式發(fā)生高效的降解,并在低納摩爾濃度下即可完全阻斷其下游信號(hào)通路。


圖3. 化合物12降解FLT3- ITD,并以時(shí)間依賴性的方式抑制FLT3下游信號(hào)傳導(dǎo)。

(圖片來(lái)源:Journal of Medicinal Chemistry


圖4. 化合物12通過(guò)泛素-蛋白酶體系統(tǒng)誘導(dǎo)FLT3-ITD蛋白降解。

(圖片來(lái)源:Journal of Medicinal Chemistry

為評(píng)價(jià)化合物1和化合物2的體內(nèi)抗AML效果,該項(xiàng)目采用了新穎的MV-4-11小鼠尾靜脈荷瘤評(píng)價(jià)模型,通過(guò)尾靜脈注射MV-4-11細(xì)胞到全免疫缺陷的小鼠,然后靜脈注射給藥化合物12(3 mg/Kg),最后利用CD45抗體標(biāo)記骨髓中的AML細(xì)胞比例來(lái)評(píng)價(jià)該藥物對(duì)AML的治療效果。結(jié)果顯示,PROTAC分子12可以顯著抑制荷瘤動(dòng)物體內(nèi)MV-4-11細(xì)胞的增殖。


圖5. 化合物12在體內(nèi)模型中的抗白血病作用。

(圖片來(lái)源:Journal of Medicinal Chemistry

本項(xiàng)目還選擇了化合物2和Dovitinib對(duì)40種常見的激酶進(jìn)行抑制活性的測(cè)試。作者發(fā)現(xiàn),化合物2對(duì)FLT3-ITD激酶抑制的選擇性顯著優(yōu)于Dovitinib。這很可能是由于PROTACs化學(xué)修飾Dovitinib的結(jié)構(gòu)恰好抑制其與多種激酶蛋白的結(jié)合,反而增加了化合物結(jié)合FLT3-ITD蛋白的選擇性。上述結(jié)果也為多激酶靶點(diǎn)的PROTACs分子的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)改造提供了新的思路。

表1. Dovitinib和化合物2的選擇性激酶活性測(cè)定。


(圖片來(lái)源:Journal of Medicinal Chemistry

綜上,該團(tuán)隊(duì)的研究表明,無(wú)論是在體內(nèi)還是體外,經(jīng)PROTAC原理,化學(xué)修飾的Dovitinib類似物,可以提供比Dovitinib更高效的對(duì)FLT3-ITD+AML細(xì)胞的殺傷能力。篩選得到的PROTACs在低納摩爾濃度下完全降解FLT3-ITD蛋白,并阻斷其下游信號(hào)通路。本研究為FLT3-ITD+的AML的藥物開發(fā)提供了新思路。


(圖片來(lái)源:Journal of Medicinal Chemistry

該成果于近日發(fā)表于藥物化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Journal of Medicinal Chemistry(DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c00996)上,本文還被評(píng)為藥物化學(xué)雜志的封面文章。東莞理工學(xué)院的王曉季教授,南開大學(xué)藥學(xué)院楊誠(chéng)教授、楊光副研究員為該論文共同通訊作者。南開大學(xué)藥學(xué)院博士生曹勝、碩士生馬嵐、博士生劉煜琳和博士后魏明明博士為該論文共同第一作者。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金,天津市科技重點(diǎn)支撐項(xiàng)目等基金的支持。

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