Uprosertib

近日，上海有机所丁克研究员/王震研究员联合密歇根大学团队在国际顶级药物化学期刊《Journal of Medicinal Chemistry》上发表题为“发现YJZ5118：一种与Akt抑制剂联合使用时具有协同效应的强效且高选择性不可逆CDK12/13抑制剂”的研究论文。该研究聚焦于CDK12/13这一新兴癌症治疗靶点，开发了一种新型不可逆抑制剂YJZ5118，并揭示其与Akt抑制剂的协同抗肿瘤效应。实验表明，YJZ5118可有效抑制RNA聚合酶II的Ser2磷酸化，抑制DNA损伤响应基因的转录，诱导DNA损伤和细胞凋亡。此外，YJZ5118在多种肿瘤细胞系中展现出显著的抗增殖效果，尤其对前列腺癌和乳腺癌细胞敏感。更重要的是，YJZ5118与Akt抑制剂联合使用时，在体外和体内模型中均表现出协同抗肿瘤效应，为癌症治疗提供了新的联合用药策略。 图片来源：ACS 01 Background 研究背景 CDK12和CDK13作为转录相关激酶，在DNA损伤响应（DDR）和基因组稳定性维持中起关键作用。它们通过磷酸化RNA聚合酶II的C末端结构域（CTD）的Ser2位点来调控转录延伸、剪接以及切割和聚腺苷酸化过程。近年来，CDK12/13因其在多种人类癌症中的潜在治疗价值而备受关注，尤其是在去势抵抗性前列腺癌（CRPC）和三阴性乳腺癌（TNBC）中，抑制这些激酶的活性或表达已被证实可以显著抑制癌细胞的增殖。此外，CDK12的突变在转移性CRPC患者中占5%~7%，且CDK12突变可能作为CDK12/13降解剂的协同生物标志物。尽管如此，目前开发的CDK12/13抑制剂仍面临活性、选择性、药代动力学（PK）特性以及安全性之间的平衡挑战，且缺乏足够的体内疗效数据，尚未有药物进入临床试验阶段。因此，开发具有替代化学骨架的新型不可逆CDK12/13抑制剂对于进一步验证选择性抑制CDK12/13作为癌症治疗策略具有重要意义。 图片来源：ACS 02 Drug Design 药物设计与评价 ①药物设计 作者描述了基于结构的药物设计过程，旨在开发一种新型的不可逆CDK12/13抑制剂。研究团队从一种可逆的CDK12/13抑制剂（化合物2）出发，该化合物具有较强的酶抑制活性和良好的激酶选择性，但对CDK7和CDK9的选择性较弱。通过对化合物2与CDK12/CCNK复合物的共晶结构分析，结合已知的共价抑制剂THZ531的结构信息，研究团队推测可以通过在化合物2的中心苯环上引入丙烯酰胺弹头，使其能够与CDK12的Cys1039共价结合，从而实现不可逆抑制。此外，为了促进共价键的形成并改善药物的水溶性和药代动力学特性，研究团队在丙烯酰胺弹头附近引入了亲水性的烷基胺基团。 图片来源：ACS ②构效关系研究 作者详细描述了通过一系列结构优化发现新型不可逆CDK12/13抑制剂YJZ5118（化合物14k）的过程。研究团队以可逆抑制剂2为先导化合物，通过在其结构基础上引入丙烯酰胺弹头和不同的烷基胺基团，合成了多个衍生物，并对它们的CDK12/13抑制活性、细胞增殖抑制活性以及药代动力学特性进行了评估。结果显示，化合物14a表现出与先导化合物2相当的CDK12/13抑制活性，但细胞增殖抑制活性显著增强，表明其可能通过共价结合延长了靶点占据时间。进一步的结构优化中，化合物14h表现出最强的激酶抑制活性和细胞活性，但其体内药代动力学特性不佳。最终，通过引入4-(二甲氨基)哌啶基团，化合物14k（YJZ5118）在保持较高激酶抑制活性的同时，展现出显著改善的药代动力学特性，包括较高的口服生物利用度和较长的半衰期。此外，YJZ5118对CDK12/13的选择性超过100倍，对其他CDK家族成员的抑制作用较弱，仅对CDK7表现出中等抑制活性。这些结果表明，YJZ5118作为一种新型的不可逆CDK12/13抑制剂，具有良好的靶点选择性、细胞活性和药代动力学特性。 图片来源：ACS 03 In vitro In Vivo 体内外评价 ①YJZ5118共价结合模式的验证 作者通过多种实验手段验证了YJZ5118与CDK12/13的共价结合模式。首先，通过液相色谱-质谱（LC-MS）分析，观察到CDK12与YJZ5118孵育后出现了与YJZ5118分子量一致的质量偏移，证实了化合物与CDK12的共价结合。进一步，通过解析YJZ5118与CDK12/CCNK复合物的共晶结构（分辨率2.5 Å），研究团队发现YJZ5118的丙烯酰胺基团与CDK12的Cys1039形成了共价键，同时化合物的其他部分通过氢键与激酶的关键氨基酸残基相互作用。此外，为了在细胞环境中验证共价结合，研究团队合成了YJZ5118的生物素标记探针YJZ9149，并利用链霉亲和素（streptavidin）珠子进行下拉实验，结果表明CDK12和CDK13是细胞裂解液中与YJZ5118共价结合的主要蛋白。最后，通过细胞洗脱实验比较了YJZ5118与可逆抑制剂在细胞中的作用持久性，发现YJZ5118即使在移除药物后仍能长时间抑制细胞增殖和RNA聚合酶II的Ser2磷酸化，而可逆抑制剂的作用则迅速消失。这些结果共同证实了YJZ5118通过共价结合不可逆地抑制CDK12/13的活性，为其作为不可逆抑制剂的特性提供了有力的证据。 图片来源：ACS ②YJZ5118在多种癌细胞系中对DNA损伤响应（DDR）基因转录的抑制作用，以及其诱导DNA损伤和细胞凋亡的能力 实验结果显示，YJZ5118能够以剂量和时间依赖的方式抑制RNA聚合酶II的Ser2磷酸化，进而影响依赖于该位点磷酸化的转录延伸过程。通过RNA测序（RNA-seq）分析，研究发现YJZ5118处理的细胞中，基因长度与基因表达下调之间存在显著相关性，较长的基因更倾向于被抑制，这与CDK12在转录调控中的作用机制一致。此外，YJZ5118显著降低了多个DDR相关基因（如ATM、ATR、RAD51和FANC1）的表达水平，而对其他非DDR相关基因（如NRAS和EZH2）的影响较小。为了进一步验证YJZ5118诱导的DNA损伤，研究团队采用中性彗星实验检测了细胞中的DNA断裂情况，结果表明YJZ5118处理的细胞中DNA损伤显著增加。同时，流式细胞术分析显示YJZ5118能够诱导细胞凋亡，且在100 nM的浓度下即可显著提高细胞的凋亡率。此外，YJZ5118在多种肿瘤细胞系（包括前列腺癌、乳腺癌和尤文氏肉瘤细胞系）中展现出显著的细胞毒性，而对正常和非癌性细胞的敏感性较俴e。这些结果表明，YJZ5118通过抑制CDK12/13的活性，有效地抑制了DDR基因的转录，诱导了DNA损伤和细胞凋亡，且对多种癌细胞系具有选择性的抗增殖活性，而对正常细胞的影响较小，这为其作为潜在的抗癌药物提供了重要的生物学依据。 图片来源：ACS ③YJZ5118与Akt抑制剂联合使用在体内外均显示出协同作用。 研究团队探讨了YJZ5118与Akt抑制剂联合使用时的协同抗肿瘤效果。实验发现，YJZ5118单独处理细胞时会增加Akt及其底物PRAS40的磷酸化水平，提示CDK12/13的抑制可能通过某种机制激活Akt信号通路。基于此，研究团队将YJZ5118与多种Akt抑制剂（如MK2206、uprosertib、ipatasertib和afuresertib）联合应用于22RV1前列腺癌细胞系，并通过Loewe协同效应分析法评估了联合用药的协同性。结果显示，YJZ5118与Akt抑制剂的组合在体外实验中表现出显著的协同抑制细胞生长的效果，其中与MK2206的联合治疗协同得分达到10.81。 进一步的体内实验采用VCaP去势抵抗性前列腺癌（CRPC）小鼠模型，通过腹腔注射YJZ5118和口服给予uprosertib的方式进行联合治疗。结果表明，与单独用药相比，联合治疗显著抑制了肿瘤生长，且未引起明显的体重变化或其他不良反应。治疗结束时的肿瘤分析显示，YJZ5118有效抑制了RNA聚合酶II的Ser2磷酸化，增加了pAkt（S473）和pPRAS40的水平，并降低了DDR基因的表达，同时增强了细胞凋亡。这些结果表明，YJZ5118不仅能够通过抑制CDK12/13引发Akt磷酸化，还能与Akt抑制剂联合使用，展现出显著的协同抗肿瘤效果，为开发新的联合治疗策略提供了有力的实验依据。 图片来源：ACS 总结 研究团队从可逆抑制剂2出发，通过结构优化开发了YJZ5118。该化合物展现出显著增强的抗增殖活性和对CDK12/13的高选择性。通过质谱分析、共晶结构研究和蛋白质组学实验，YJZ5118的共价结合模式得到了全面验证。功能实验表明，YJZ5118能够有效抑制RNA聚合酶II的Ser2磷酸化，抑制DNA损伤响应基因的转录，并诱导DNA损伤和细胞凋亡。此外，YJZ5118在多种肿瘤细胞系中表现出显著的抗增殖效果，而对正常和非癌性细胞的影响较小。值得注意的是，YJZ5118能够诱导Akt磷酸化，并且与Akt抑制剂联合使用时，在体外和体内均展现出协同抗肿瘤效果。这些结果突显了YJZ5118作为癌症治疗策略的潜力，为未来进一步的临床研究提供了重要基础。 参考来源： https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1021/acs.jmedchem.5c00127 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

近年来，CDK12基因突变型前列腺癌（PCa）的研究揭示了其与基因组不稳定性及耐药性密切相关。然而，CDK12突变是如何驱动癌症发展的具体机制仍未得到充分理解。为解决这一科学难题，中国科学院上海有机化学研究所丁克研究员与密歇根大学Rogel癌症中心Arul Chinnaiyan教授通过合作，分别于2024年9月30日和10月4日在Cell子刊Cell Reports Medicine杂志背靠背发表两篇关于CDK12的前沿研究，不仅在理论上揭示了CDK12突变驱动癌症发展的具体机制，还提出了具有应用潜力的治疗策略，极大地推动了前列腺癌领域的研究进展。 CDK12缺失驱动前列腺癌进展的分子机制 1. CDK12缺失引发前癌性病变和T 细胞浸润 在CDK12缺失小鼠模型中，前列腺上皮细胞出现显著的前癌性病变，并伴随T细胞浸润（CD3+T细胞显著增加），提示局部免疫微环境的改变。γH2AX 标记显著上升，表明DNA损伤增加。Ki67阳性细胞增多则显示出增殖活性增加。这些结果表明CDK12缺失能够推动前癌性病变和免疫浸润，进一步促进癌变发展。 2. CDK12缺失通过转录-复制冲突（TRCs）导致基因组不稳定 RNA-seq和ChIP-seq数据表明，CDK12缺失的前列腺类器官中存在大范围的TRCs和基因组不稳定性。基因组水平上，DDR基因（BRCA1、ATM）表达显著下调，而DNA断裂数量显著增加。通过中性彗星实验和细胞周期分析显示，CDK12缺失细胞中的DNA损伤和G1/S阻滞显著升高，揭示了TRCs是推动前列腺癌发展及基因组不稳定性的关键机制。 3. CDK12/Trp53双敲除小鼠模型对免疫检查点抑制剂的敏感性 CDK12和Trp53双敲除小鼠表现出高度侵袭性的前列腺癌，且在PD-1 抑制剂（如Nivolumab）治疗下显示出显著的肿瘤缩小效果（肿瘤体积缩小超过50%）。CD8+T细胞浸润显著增加，表明CDK12/Trp53双突变模型对免疫治疗响应率较高。这一发现提示免疫检查点抑制剂联合CDK12靶向治疗可能是治疗这一亚型前列腺癌的有效策略。 4. CDK12缺失导致对同源基因CDK13靶向治疗的合成致死效应 通过CRISPR筛选和基因敲除实验，CDK13抑制在CDK12缺失细胞中引发的合成致死效应显著增加，诱导细胞凋亡（Caspase-3活性显著上升），而未在野生型细胞中观察到。这表明靶向CDK13的策略可以在CDK12突变型前列腺癌中实现合成致死，为联合靶向治疗提供了实验依据。 CDK12 loss drives prostate cancer progression, transcription-replication conflicts, and synthetic lethality with paralog CDK13 开发新型CDK12/CDK13降解剂YJ1206：精准靶向的治疗新策略 5. 开发新型口服CDK12/CDK13降解剂YJ1206 研究团队通过PROTAC技术设计并优化了新型降解剂YJ1206，能够高效选择性降解CDK12和CDK13。在前列腺癌细胞系（VCaP、22Rv1）中，YJ1206的IC50值分别为33.55nM和85.74 nM，而在正常前列腺上皮细胞中（如 RWPE1）IC50 高于500nM。YJ1206在体内小鼠模型中能够显著抑制肿瘤生长，并降低DNA损伤相关基因（如 BRCA1、ATM）的表达，显示其作为临床候选药物的潜力。 6. YJ1206在多种前列腺癌模型中显示出优异的抗肿瘤活性 在体内前列腺癌异种移植小鼠模型（VCaP和22Rv1）中，YJ1206的治疗能够显著抑制肿瘤生长。治疗18天后，73%的小鼠肿瘤体积缩小超过50%。免疫组化分析显示，YJ1206处理后肿瘤组织中DDR相关基因（BRCA1、ATM）表达下降，TUNEL阳性细胞增加，表明其能够有效诱导细胞凋亡。 7. YJ1206与AKT抑制剂联用的合成致死效应 在探索CDK12/13降解剂的耐药机制时，研究团队发现YJ1206降解CDK12/13后，AKT信号通路会被激活，导致治疗效果降低。为了克服这一问题，研究团队将YJ1206与AKT抑制剂（如Ipatasertib, Uprosertib, MK2206）联合使用。实验显示，联合治疗能够显著增强YJ1206的抗肿瘤活性，诱导癌细胞凋亡，并减少细胞增殖。这一联合策略在多个小鼠CDX以及PDX异种移植模型中均表现出优异的抗肿瘤效果，联合治疗组肿瘤体积显著缩小，表明该策略能够有效克服YJ1206单药使用时可能出现的耐药性问题。 8. YJ1206 在体内外实验中表现出较少的副作用与其他CDK12抑制剂（如THZ531）相比，YJ1206在体内显示出更好的耐受性和较少的毒性。在小鼠实验中，YJ1206的治疗未导致体重变化和正常组织毒性，同时肿瘤体积显著缩小（P < 0.01），进一步验证了其作为新型抗癌药物的应用潜力。 Development of an orally bioavailable CDK12/13 degrader and induction of synthetic lethality with AKT pathway inhibition 研究重大意义与未来展望 这两项研究首次揭示了CDK12在前列腺癌进展中的关键作用，并开发了靶向CDK12/13的新型降解剂YJ1206，为CDK12突变相关癌症的精准治疗带来了新的希望。通过揭示CDK12/13在维持基因组稳定性及调控DDR中的冗余作用，研究团队提出了将CDK12/13降解剂与AKT抑制剂联合使用的合成致死策略。这一发现不仅为CDK12突变型前列腺癌的治疗提供了新的思路，也为未来其他癌症的治疗策略开发奠定了基础。 正如Arul Chinnaiyan教授所言：“当我们首次发现CDK12突变型前列腺癌这一新的亚型时，我们意识到必须深入了解这种基因变异如何驱动癌症的发展，并寻找精准靶向这一突变的新治疗策略。通过两篇研究论文，我们不仅揭示了CDK12缺失诱导癌症的分子机制，还开发了一种能够同时降解CDK12和CDK13的潜在治疗药物。这项工作展示了跨国、跨学科合作在推动癌症研究和药物开发中的巨大潜力，并为未来的临床应用铺平了道路。”。未来，研究团队将进一步优化YJ1206的药物特性，并计划开展更多的临床前研究，最终将其推进至临床试验阶段，为全球前列腺癌患者提供更为精准和有效的治疗选择。 原文链接： https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.xcrm.2024.101758 https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.xcrm.2024.101752 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓