分享一篇發(fā)表在Nature Communications上的文章，題目為“Targeting a key protein-protein interaction surface on mitogen-activated protein kinases by a precision-guided warhead scaffold”。文章的通訊作者為匈牙利自然科學(xué)研究中心的Attila Reményi和Tibor Soós教授，前者的主要研究方向?yàn)榈鞍谆プ鞯姆肿踊A(chǔ)，后者則為有機(jī)合成。
絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）是一組進(jìn)化保守的絲氨酸-蘇氨酸激酶，包括ERK、p38、JNK等亞家族，它們通過(guò)介導(dǎo)MAPK信號(hào)通路而在腫瘤病理中扮演重要的作用。目前，大多數(shù)成熟的激酶抑制劑都與激酶的ATP結(jié)合位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)，需要較強(qiáng)的親和力和較低的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制。因此，作者將目光轉(zhuǎn)向在MAPKs的PPI界面處阻斷其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。然而，阻斷MAPKs較淺的PPI表面是有挑戰(zhàn)性的，尤其考慮到結(jié)合的正焓貢獻(xiàn)將被負(fù)熵成本所抵消，因此，作者設(shè)想通過(guò)共價(jià)結(jié)合來(lái)克服這一問(wèn)題。MAPKs家族成員具有相似的淺PPI表面，稱(chēng)為D溝（D-groove），該P(yáng)PI表面具有一個(gè)負(fù)電荷區(qū)域（CD）和三個(gè)小的疏水口袋，且在疏水口袋間有一個(gè)保守的半胱氨酸殘基（如ERK2 Cys161、p38α Cys162 和 JNK1 Cys163）。首先，作者通過(guò)在天然和合成的ERK2互作多肽上引入丙烯酰胺彈頭，證實(shí)了該ERK2的Cys 161具有合適的Michael加成活性，并解析了共價(jià)復(fù)合物結(jié)構(gòu)。但這些基于丙烯酰胺彈頭的共價(jià)肽反應(yīng)動(dòng)力學(xué)較慢而半衰期較短。隨后，作者嘗試開(kāi)發(fā)一種精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的彈頭來(lái)靶向該P(yáng)PI界面。前述復(fù)合物結(jié)構(gòu)顯示Cys 161被φL和φA包圍，天然多肽通過(guò)疏水殘基結(jié)合并填充這些小的疏水口袋?；诖?，作者在構(gòu)建化合物庫(kù)時(shí)也采取了類(lèi)似的多疏水取代基結(jié)構(gòu)。在共價(jià)反應(yīng)性方面，作者設(shè)計(jì)的化合物骨架受到了活性天然產(chǎn)物（如萜類(lèi)化合物）的啟發(fā)，含有Michael受體及α,β-不飽和酮結(jié)構(gòu)。另外，作者特別地引入了“受阻”環(huán)己烯酮結(jié)構(gòu)，預(yù)期反應(yīng)中心處的空間擁擠或?qū)⑻岣邚楊^對(duì)親核試劑的選擇性。綜合以上考慮，作者合成了7組、76個(gè)化合物，并通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性熒光偏振實(shí)驗(yàn)測(cè)試了它們與MAPKs的結(jié)合能力。先導(dǎo)化合物1對(duì)ERK2顯示出了~7 μM的Kiapp，尤其值得注意的是，多項(xiàng)生物物理分析顯示受阻結(jié)構(gòu)的引入使得其對(duì)小分子硫醇化合物（如GSH和BME）具有良好的耐受性。受此激勵(lì)，作者在受阻環(huán)己烯酮骨架上進(jìn)行了取代基的構(gòu)-效關(guān)系研究，并篩選出了優(yōu)化的化合物8S和8R。以8R為代表性化合物，作者進(jìn)一步證明了其對(duì)ERK2 Cys 161的優(yōu)異選擇性，且充分表征了配體-蛋白的結(jié)合動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)。此外，作者還解析了多種命中化合物與ERK2復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示化合物通過(guò)疏水取代基和環(huán)己酮核心結(jié)構(gòu)充分地占據(jù)了PPI界面上的φL、φA和φB口袋。進(jìn)一步地，作者嘗試將這種量身定制的彈頭安裝到多肽上。如前所述，MAPKs的PPI界面上除了三個(gè)疏水口袋外，還有一處帶負(fù)電荷的CD區(qū)域可被利用。作者選取了MNK1及其結(jié)合多肽作為模型互作對(duì)，使用帶有炔基官能團(tuán)化的彈頭28S與N-端帶有疊氮把手的多肽進(jìn)行生物正交連接。生物物理測(cè)試表明，彈頭28S的引入極大地提高了多肽的表觀親和力，并降低了解離的Koff。最后，作者也在細(xì)胞內(nèi)證實(shí)了28S及其偶聯(lián)物對(duì)MAPK信號(hào)通路的有效阻斷。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52574-1原文引用：DOI: 10.1038/s41467-024-52574-1
