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【盤點】抗腫瘤藥物--精氨酸甲基轉移酶(PRMT5)抑制劑的研究新進展

作者:medicilon   上傳日期:2018-12-17  閱讀次數:

蛋白質精氨酸甲基轉移酶(PRMT)能夠使多種蛋白(包括組蛋白和非組蛋白)甲基化,并對多種生物學過程進行影響,比如參與基因轉錄,細胞信號轉導,蛋白質穩定性,細胞增殖、分化、凋亡和腫瘤的形成等。目前,已發現了11種PRMT家族的成員,根據催化精氨酸甲基化方式的不同,可分為三類:PRMT1-4、PRMT6、PRMT8屬于Ⅰ型,催化的形式為單甲基和不對稱雙甲基;PEMT5和PRMT9屬于Ⅱ型,其催化的形式為對稱雙甲基;PRMT7屬于Ⅲ型,能夠單甲基催化。

人類PRMT家族的九個成員具有高度同源的SAM-dependent MTase催化結構域,在MTase結構域外則具有不同的基序結構。 PRMT1和PRMT6僅包含一個MTase域; PRMT2,PRMT3,PRMT4,PRMT5,PRMT8和PRMT9在催化結構域之前都有N末端基序;PRMT7和PRMT9均含有重復的MTase結構域[1]

蛋白精氨酸甲基轉移酶5(PRMT5)是精氨酸甲基轉移酶家族中的一員,首次發現是在與Janus酪氨酸激酶2相互作用的蛋白復合體中分離出來,故又稱為Jak結合蛋白1。其普遍存在于細胞漿和細胞核內,能夠特異性催化組蛋白及非組蛋白等眾多底物的對稱甲基化,從而影響多個靶基因及多條信號通路途徑,發揮著多種生物學功能。在人類的多種惡性腫瘤(肺癌、卵巢癌、結直腸癌、乳腺癌、黑色素瘤、白血病及惡性膠質瘤)中,PRMT5的表達均出現上調,充分說明其在腫瘤的形成發展中有重要的作用。此外,PRMT5已經被確認為是套細胞淋巴癌的治療靶標,因此其小分子抑制劑的研究成為抗腫瘤藥物研發的熱點。

PRMT5的結構和生物學功能

PRMT5和PRMT9是已知并且僅有的能夠形成sDMA殘基的哺乳動物酶,并在SAM依賴性MTases結構域中具有高度同源性。PRMT5的C端具有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ結構域,是經典的SAM結合蛋白;N端是TIM結構域,在功能上具有雙重作用,在與PRMT5催化結構域相互作用時,不僅能夠促進PRMT5四聚體形成,還可以與MEP50相結合形成穩定的復合物[2]

PRMT5發揮生物學作用的方式一般分為兩個層面,其一為表觀遺傳調控靶基因的表達;二是直接甲基化修飾關鍵的信號分子。具體作用如下:

1,  PRMT5在細胞發育及穩態造血中起重要作用,若消失會造成早期胚胎致死和全血細胞減少癥。

2,  PRMT5對組蛋白的修飾往往導致p53、ST7、NM23及Rb等抑癌基因的沉默,進而促進腫瘤的發生與發展。

3,  PRMT5可能促使膠質母細胞瘤腫瘤生長,在最新的研究中發現PRMT5在獨特基因剪接過程中起著至關重要的作用;在對小鼠進試驗中,使用PRMT5抑制劑,會導致腫瘤細胞的生長和分裂停止。

4,  PRMT5和BCR-ABL能夠互相產生正調節,并在慢性髓性白血病細胞中過表達。

5,  PRNT5通過激活前列腺癌細胞中AR的轉錄來促進前列腺癌細胞的生長,特異性PRMT5抑制劑能夠抑制多發性AR陽性的生長。

6,  PRMT5蛋白參與很多細胞活動,包括對P53這種基因的外遺傳控制,而P53基因可以保護細胞抵御癌癥導致的變異。在套細胞淋巴瘤(MCL)、慢性淋巴細胞白血病(CLL)、黑素瘤、肺癌和乳腺癌細胞中都發現高濃度的PRMT5蛋白,且高濃度的PRMT5蛋白和較差的生存期有相關性。

PRNT5小分子抑制劑

現已報道很多PRMT5的抑制劑,Sinefungin是一種高效高選擇性的PRMT抑制劑;AMI-1在50uM的濃度下可抑制84.2%的PRMT5活性;Stilbamidine作為選擇性抑制劑,對PRMT5的IC50值為44.1uM;CMP5能夠占據SAM結合口袋,作為第一代高選擇性的PRMT5小分子抑制劑新型骨架,顯示出了低于50uM的IC50值;EPZ015666是第一個報道的高效且有選擇性的PRMT5抑制劑,在多種移植瘤動物模型中顯示出抗腫瘤活性;LLY-283[3]表現出有效的PRMT5酶抑制活性。

最新發現的PRMT5的小分子抑制劑

化合物11,是有效的PRMT5酶的抑制劑,IC50值為109nM,對PRMT5具有高度選擇性,并能夠有效的阻斷TE-1細胞中組蛋白和非組蛋白底物的精氨酸sDMA。

化合物16顯示出針對Z-138、Maver-1和Jeko-1等細胞系的有效抗增殖活性,EC50值分別為12.7μM,12.7μM和10.5μM。

化合物23具有PRMT5的特異性,并且有效抑制AML細胞系中組蛋白H3和H4的對稱精氨酸二甲基化。

為了研究PRMT5在慢性粒細胞白血病中的功能,發現小分子PRMT5抑制劑--化合物(PJ-68)[4]。其能夠抑制PRMT5,并對Ⅰ型PRMT家族成員(PRMT1,-3,-4,-6和-8)的活性沒有影響,表明出對PRMT5的特異性。

經過篩選,發現了一系列針對PRMT5的小分子抑制劑,DC-Y134[5]表現出最好的抑制作用,并對其他甲基轉移酶顯示出良好的選擇性。進一步的細胞實驗表明,DC-Y134能夠抑制白血病細胞的生長,使細胞周期停滯、細胞凋亡和細胞對稱二甲基化水平降低。因此,DC-Y134值得進一步優化并用作治療PRMT5相關血液惡性腫瘤的先導化合物。

作為蛋白質精氨酸甲基轉移酶(PRMT)家族中最有希望的抗癌靶點之一,PRMT5已經引起越來越多的關注,并且已經投入了許多努力來開發其抑制劑。通過基于藥效的篩選,發現了具有新型支架的PRMT5抑制劑(9-1)[6],其顯示出對PRMT5的抑制活性并且具有對PRMT5的高選擇性。

PRMT5不僅可以調控基因轉錄和蛋白修飾的過程,而且在腫瘤細胞的生長過程中,具有調控細胞增殖、分化、凋亡的作用,是目前極具潛力的腫瘤治療靶點。但已發現的PRMT5抑制劑的藥物活性不高,且對PRMT5的選擇性低,從而限制了對PRMT5分子機制的研究進展,因此迫切需要靶向PRMT5的新型抑制劑的發現。

參考文獻:

1, Hadjikyriacou, A; Yang, Y. Z; Espejo, A; Bedford, M.T. Clarke,S.G.Uniquefeaturesofhuman proteinarginine methyltransferase 9 (PRMT9)and its substrate RNA splicing factor SF3B2. J. Biol. Chem. 2015, 290,16723?16743.

2, Antonysamy, S; Bonday, Z; Campbell, R. M, et al.Crystal structure of the human PRMT5:MEP50 complex. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S. A. 2012, 109, 17960?17965.

3, Zahid Q. Bonday, Guillermo S. Cortez, Michael J.Grogan et al. LLY-283, a potent and selective inhibitor of argininemethyltransferase 5, PRMT5, with antitumor activity. ACS Med. Chem. Lett. 23Apr 2018.

4, Yuanxiang Wang. Protein Arginine Methyltransferase 5(PRMT5) as an Anticancer Target and Its Inhibitor Discovery. J. Med. Chem.2018, 61, 9429?9441.

5, Fei Ye, Weiyao Zhang, Xiaoqing Ye, Jia Jin,Zhengbing Lv, Cheng Luo. Identification of Selective, Cell Active Inhibitors ofProtein Arginine Methyltransferase 5 (PRMT5) through Structure?Based VirtualScreening and Biological Assays. J. Chem. Inf. Model. 19 Apr 2018.

6, Kongkai Zhu , Chengshi Jiang , Hongrui Tao , JingqiuLiu , Hua Zhang , Cheng Luo. Identi?cation of a novel selective small-moleculeinhibitor of protein arginine methyltransferase 5 (PRMT5) by virtual screening,resynthesis and biological evaluations. Bioorganic & Medicinal ChemistryLetters 28 (2018) 1476–1483.

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