為大家推薦一篇發(fā)表在Nat. Chem. Biol.上的文章：Small-Molecule Inhibitors Targeting Polycomb Repressive Complex 1 RING Domain，文章的通訊作者是來自美國密歇根大學(xué)的Jolanta Grembecka和Tomasz Cierpicki，他們屬于同一個課題組，研究方向是發(fā)展用于癌癥靶向治療的小分子藥物。
PRC1和PRC2是涉及組蛋白識別和翻譯后修飾的重要表觀遺傳調(diào)節(jié)因子，參與染色質(zhì)狀態(tài)的調(diào)控。PRC1的主要生化活性是在組蛋白H2A的K119上產(chǎn)生單泛素化，這通常與轉(zhuǎn)錄抑制有關(guān)。白血病干細胞(LSCs)是一類罕見的可增殖并分化為惡性腫瘤的細胞群，而PRC1復(fù)合物的兩個關(guān)鍵組分BMI1和RING1B的活性被證明對LSC的增殖與白血病是必需的。因此，用小分子藥物阻斷PRC1活性可以根除LSC，為急性髓系白血病(AML)的治療提供一種可靠的方法。
為了開發(fā)PRC1的抑制劑，作者設(shè)計了RING1B和BMI1活性結(jié)構(gòu)域的融合蛋白RING1B-BMI1f，將其以15N標記的形式重組表達，通過1H-15N HSQC篩選了約1000個分子的片段庫，鑒定到了一個最有效的片段RB-1。體外實驗表明，RB-1能在mM濃度下抑制組蛋白H2A的泛素化，對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到的RB-2在NMR滴定實驗中測得了μM級的親和力，對RING1B-BMI1f抑制的IC50也達到了12 μM。
對RING1B-BMI1的晶體結(jié)構(gòu)進行分析，會發(fā)現(xiàn)它沒有任何小分子結(jié)合口袋。為了理解RB-2與靶標的結(jié)合方式，作者分別解析了游離RING1B-BMI1和它與RB-2的共晶結(jié)構(gòu)，觀察到RING1B的K93至S99的顯著位移和310螺旋的破壞，這種構(gòu)象變化暴露了一個原本不存在的疏水口袋。運用X射線晶體學(xué)和NMR的混合方法，作者得到了RB-2占據(jù)這一疏水口袋的細節(jié)模型?；谶@一模型，作者設(shè)計了更有效的RB-3分子，其效應(yīng)是RB-2的5倍。通過表達不同的PRC1亞型的重組蛋白進行測試，作者發(fā)現(xiàn)RB-3是一種可以抑制各種PRC1復(fù)合物的通用抑制劑。但除了PRC1以外，并未發(fā)現(xiàn)RB-3對其他涉及H2A泛素化的酶、表觀遺傳酶、蛋白激酶等有抑制作用，也不與PRC2結(jié)合，說明RB-3有很強的選擇性。
在純蛋白水平上做了大量驗證后，作者開始在細胞內(nèi)測試RB-3的表現(xiàn)。在多種癌細胞中用RB-3處理和敲低RING1B或BMI1獲得了相同的表型，證明RB-3廣泛抑制各種癌細胞系中的PRC1活性。在模擬LSC的TEX細胞系中，RB-3誘導(dǎo)了TEX細胞的分化，ChIP實驗證實RB-3破壞了PRC1與染色質(zhì)的相互作用。作為對比，作者又測試了另一種具有AML治療潛力的小分子PTC209，發(fā)現(xiàn)它誘導(dǎo)了AML細胞的凋亡而不是分化，說明RB-3與PTC209具有不同的作用機制。最后，作者在人AML樣本中測試了RB-3的活性，發(fā)現(xiàn)RB-3抑制PRC1可通過不同的機制導(dǎo)致不同水平的分化。
綜上，作者開發(fā)了一種高效的PRC1的抑制劑，并闡明了其結(jié)合PRC1的形式，驗證了對LSC的誘導(dǎo)分化作用，為治療白血病提供了一個新的藥物研發(fā)的方向。
本文作者：TZY
責(zé)任編輯：WQW
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-021-00815-5
文章引用：DOI：10.1038/s41589-021-00815-5
