CDK13

OTC2024类器官前沿应用与3D细胞培养论坛圆满落幕，点击图片可查看会后报告，咨询OTC2025类器官论坛请联系：王晨 180 1628 8769。 细胞周期依赖性激酶12/13（Cyclin-dependent kinases 12/13，简称CDK12/13）是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在调控基因转录延伸、DNA损伤响应和基因组稳定性维持中起着关键作用。近年来，CDK12/13在多种恶性肿瘤中的作用受到了广泛关注。研究表明，CDK12/13的功能丧失突变在多种癌症中普遍存在，尤其是在转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）中，其突变率可达5%至7%。 当前，针对CDK12/13的抑制剂研究已经取得了一定的进展。例如，不可逆共价抑制剂THZ531和非共价抑制剂SR-4835在诱导多种癌症类型的合成致死方面显示出了潜力。然而，这些抑制剂在临床试验中因毒性问题而失败。因此，研究者们开始探索利用蛋白降解技术——蛋白水解靶向嵌合体（Proteolysis Targeting Chimera，简称PROTAC）技术，开发能够特异性降解CDK12/13的化合物。 PROTAC技术通过将目标蛋白与E3泛素连接酶连接，促进目标蛋白的泛素化和随后的蛋白酶体降解，从而提供了一种新的策略来调控蛋白质稳态。近期，研究者们已经开发出了首个CDK12 PROTAC降解剂BSJ-4-116，以及化合物7f，这些化合物在体外和体内均显示出显著的CDK12/13降解能力。然而，这些研究还处于相对早期的阶段，对于它们的临床潜力和安全性还需要进一步的探索。 在这项研究中，科学家们开发了一种新型的口服生物可利用的CDK12/13降解剂YJ1206。YJ1206在免疫能力完整的小鼠中显示出最小的不良反应，并且在晚期前列腺癌的临床前模型中表现出显著的疗效。此外，YJ1206与AKT通路抑制剂联合使用时，能够在前列腺癌模型中诱导出合成致死效应。这一发现不仅填补了CDK12/13降解剂在临床应用中的空白，而且为治疗抵抗性前列腺癌提供了新的治疗策略。 AKT（Protein Kinase B，PKB）信号通路是调控细胞存活、增殖和代谢的关键信号通路之一，其异常激活与多种癌症的发生发展密切相关。AKT通路在30%至60%的前列腺癌中上调，尤其是在去势抵抗性前列腺癌和高Gleason评分的癌症中。尽管已有AKT抑制剂如capivasertib获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，用于治疗某些类型的乳腺癌，但在前列腺癌中的单一疗法活性有限。然而，AKT通路抑制剂与其他治疗策略的联合使用已经显示出增强的抗肿瘤效果，这表明了战略性联合治疗的潜力。 本研究中，YJ1206作为一种口服CDK12/13降解剂，其开发不仅解决了现有抑制剂的毒性问题，还通过与AKT抑制剂的联合使用，为治疗晚期前列腺癌提供了新的治疗策略。这种联合疗法的提出，基于对CDK12/13降解后AKT通路激活的深入理解，为未来个体化医疗和精准治疗提供了新的思路。 在探索CDK12/13在肿瘤发展中的作用及其潜在的临床应用过程中，研究团队提出了一个核心问题：是否存在一种有效且安全的策略，能够特异性地降解CDK12/13，从而在不产生严重副作用的情况下抑制肿瘤生长。基于此，研究者们猜想通过PROTAC技术降解CDK12/13可能会成为一种新的治疗手段。他们提出了一个假设：设计并合成一种新型的CDK12/13 PROTAC降解剂，能够诱导CDK12/13的降解，并在体内外模型中展现出抗肿瘤效果。 为了验证这一猜想，研究者们采用了化学合成、分子对接、细胞生物学和体内药效学等多种方法。他们首先通过化学合成方法制备了一系列CDK12/13的PROTAC化合物，并通过分子对接技术预测了这些化合物与CDK12/13的结合模式。随后，他们在体外细胞模型中评估了这些化合物对CDK12/13的降解效果及其对肿瘤细胞增殖的影响。最终，他们选择了YJ1206这一化合物，因为它在体外实验中显示出了优异的降解效率和较低的毒性。 在体内模型中，YJ1206同样展现出了显著的抗肿瘤效果。研究者们发现，YJ1206能够显著抑制前列腺肿瘤的生长，并且与AKT抑制剂联合使用时，能够诱导出合成致死效应，这一效果在免疫完整的小鼠模型中得到了验证。此外，YJ1206在体内的药代动力学特性也显示出了良好的口服生物利用度和适中的半衰期，表明其具有成为口服药物的潜力。 结果分析与阐述：通过对YJ1206的一系列研究，科学家们得出了几个关键的发现。首先，YJ1206作为一种CDK12/13的PROTAC降解剂，在体外能够高效地降解CDK12/13蛋白，并抑制肿瘤细胞的增殖。其次，在体内模型中，YJ1206展现出了良好的抗肿瘤效果，并且与AKT抑制剂联合使用时，能够显著增强治疗效果。此外，YJ1206的药代动力学特性表明其具有成为口服药物的潜力，这对于临床应用来说是一个重要的优势。 总结与结论：总的来说，YJ1206作为一种新型的CDK12/13降解剂，在体内外模型中均展现出了显著的抗肿瘤效果，并且具有较低的毒性和良好的药代动力学特性。这些发现表明，YJ1206具有成为治疗前列腺癌等CDK12/13依赖性肿瘤的潜在临床药物的前景。 新延伸问题、下一步实验引出：尽管YJ1206展现出了良好的应用前景，但仍有一些关键问题需要进一步探索。例如，YJ1206在人体中的安全性和有效性尚未得到验证，需要进行临床试验来评估。此外，YJ1206与其他药物的相互作用也是一个值得关注的问题，需要进一步的研究来明确。未来的研究还应该探索YJ1206对于其他类型肿瘤的潜在治疗效果，并进一步优化其药代动力学特性，以提高其临床应用的可行性。 在这项研究中，类器官（Organoids）的培养是一项关键技术，主要用于模拟人体肿瘤的微环境，以评估药物的疗效和探索肿瘤生物学行为。类器官是从肿瘤组织或正常组织中提取细胞，通过特定的培养条件，让其自我组织、增殖并形成具有三维结构的小型“器官”，这些小型器官能够在一定程度上模拟其来源组织的特性。 类器官培养步骤： 组织采集：首先从患者身上获取肿瘤组织样本，通常是通过手术或活检。 组织处理：将收集到的组织样本切成小块，并在含有抗生素的磷酸盐缓冲液（PBS）中清洗，以去除血液和其他杂质。 组织消化：使用酶（如胶原酶和中性蛋白酶）处理组织，以分解细胞外基质，从而获得单个细胞或细胞团。 细胞培养：将分散的细胞在含有生长因子、激素和其他营养成分的培养基中培养。培养基通常包含Rspo1、Noggin、EGF、FGF、B27等成分，以促进类器官的生长。 培养条件：类器官的培养需要在37°C、5% CO2的条件下进行，并定期更换培养基。 观察与传代：培养过程中需要定期观察类器官的生长情况，并在适当的时候进行传代，以维持其生长和扩增。 应用目的： 药物筛选：通过将类器官暴露于不同药物中，研究者可以评估药物对肿瘤细胞的杀伤效果，筛选出潜在的抗肿瘤药物。 疾病模型：类器官可以作为疾病模型，用于研究肿瘤的发生、发展和转移机制。 个性化医疗：利用患者源性的类器官进行药物敏感性测试，可以为患者提供个性化的治疗方案。 肿瘤生物学研究：类器官可以用于研究肿瘤细胞与微环境之间的相互作用，包括细胞信号传导、免疫细胞浸润等。 基因功能研究：通过基因编辑技术如CRISPR/Cas9，可以在类器官中敲除或敲入特定基因，研究这些基因对肿瘤表型的影响。 在本研究中，类器官的培养和应用，特别是在药物敏感性测试方面的应用，为研究CDK12/13降解剂YJ1206的疗效提供了一个有力的实验模型，有助于推动该化合物向临床应用的转化。 特色： 口服生物可利用性：研究开发的CDK12/13降解剂YJ1206具有口服生物可利用性，这在PROTAC技术领域是一个重要的进步，因为大多数现有的蛋白降解剂都是通过静脉注射给药。 合成致死效应的发现：研究发现YJ1206与AKT通路抑制剂联合使用时，能够在前列腺癌模型中诱导出合成致死效应，为治疗抵抗性前列腺癌提供了新的治疗策略。 低毒性：在免疫能力完整的小鼠中，YJ1206展现出了最小的不良反应，这表明其具有良好的安全性。 创新之处： 新型CDK12/13降解剂的设计：YJ1206是基于先前化合物7f优化而来的新型CDK12/13降解剂，具有更高的降解效率和更低的毒性。 PROTAC技术的应用：该研究成功地将PROTAC技术应用于CDK12/13的降解，这是靶向蛋白降解领域的前沿技术。 体内外模型的全面评估：研究不仅在体外细胞模型中评估了YJ1206的活性，还在多个体内模型中进行了药效学和毒理学评估，提供了全面的药代动力学和药效学数据。 联合疗法的探索：研究探索了YJ1206与AKT抑制剂的联合疗法，这种策略在CDK12/13降解剂的研究中是相对新颖的。 潜在的临床应用：YJ1206的开发为治疗前列腺癌，尤其是去势抵抗性前列腺癌提供了一种潜在的新疗法，这可能对临床治疗产生重要影响。 尽管这项研究在开发口服生物可利用的CDK12/13降解剂YJ1206方面取得了显著进展，并且展示了其在前列腺癌治疗中的潜力，但仍存在一些不足之处： 临床前模型的局限性：虽然YJ1206在小鼠模型中显示出了良好的抗肿瘤效果，但这些临床前模型并不能完全模拟人类疾病的复杂性。因此，YJ1206在人体中的效果和安全性还需要通过临床试验进一步验证。 药物动力学特性待优化：尽管YJ1206的口服生物利用度良好，但其药代动力学特性（如半衰期、清除率等）可能还有进一步优化的空间，以实现更好的疗效和更低的毒性。 长期毒性和副作用未知：研究中对YJ1206的毒性评估主要基于短期治疗，其长期应用是否会诱发耐药性或迟发性副作用尚未明确。 作用机制尚未完全阐明：尽管YJ1206能够降解CDK12/13并诱导AKT通路的合成致死效应，但其详细的分子作用机制和在不同肿瘤微环境中的行为仍需进一步研究。 个体化治疗的适用性：研究尚未充分探讨YJ1206在不同遗传背景和肿瘤亚型中的治疗效果，个体化治疗的适用性和预测生物标志物的鉴定是未来研究的重要方向。 这些不足之处提示了未来研究的方向，包括开展更大规模的临床试验、深入研究药物的作用机制、优化药物设计以及开发有效的生物标志物，以实现对前列腺癌等恶性肿瘤的更有效治疗。 这项研究通过开发一种新型的口服生物可利用的CDK12/13降解剂YJ1206，为治疗前列腺癌，尤其是转移性和去势抵抗性前列腺癌，提供了一种潜在的新疗法。YJ1206在临床前模型中展现出了显著的抗肿瘤效果和较低的毒性，同时，它与AKT通路抑制剂的联合使用策略，为实现合成致死效应提供了新的视角。这些发现不仅丰富了我们对CDK12/13在肿瘤发展中作用的理解，而且为未来的个体化医疗和精准治疗策略的开发奠定了基础，具有重要的科研价值和临床应用前景。 END 免责声明：本文仅作知识交流与分享及科普目的，不涉及商业宣传，不作为相关医疗指导或用药建议。文章如有侵权请联系删除。 OTC2024类器官前沿应用与3D细胞培养论坛圆满落幕，点击图片可查看会后报告，咨询OTC2025类器官论坛请联系：王晨 180 1628 8769

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↓

▎药明康德内容团队编辑 根据世界癌症研究基金会（WCRF）统计，前列腺癌是全球第四常见的癌症类型。虽然许多前列腺癌进展缓慢，但部分亚型可能较具侵袭性、容易转移。2018年，密歇根大学罗格尔癌症中心Arul Chinnaiyan教授所带领的团队发现了一种新的前列腺癌亚型，这类肿瘤带有CDK12基因缺失，较具侵袭性且经常出现于晚期患者当中，占前列腺癌患者的7%。这周，Chinnaiyan教授团队在《细胞》子刊Cell Reports Medicine当中接连发布两篇研究报告，除了揭示CDK12变异驱动前列腺癌进展的机制外，还开发了一款可口服的CDK12/13降解剂。当该降解剂与AKT抑制剂联用时，可几乎完全抑制异种移植模型（PDX）小鼠的肿瘤生长。研究人员预计将此款降解剂推进至临床试验阶段。值得一提的是，该降解剂的开发是与上海化学研究所药物化学家丁克博士进行国际研究合作的结果。 为了解CDK12的缺失如何在分子水平上影响细胞，研究人员建立了一个前列腺带有CDK12缺失的小鼠模型，并发现该基因的缺失会诱发小鼠前列腺中形成伴有T细胞浸润的癌前前列腺病变。而当研究人员在小鼠中添加上p53基因缺失时，则会进一步导致小鼠罹患具侵袭性的前列腺癌。 随后，研究人员通过这项模拟人类前列腺癌的小鼠模型发现了CDK12缺失导致DNA损伤的机制。他们发现该基因的缺失会导致p53的失活，以及由于雄激素受体（AR）和MYC通路活化而引起的DNA快速复制与转录复制冲突（TRC），以及由此导致的DNA损伤与基因不稳定性。值得注意的是，当在小鼠同种异体模型中同时进行Cdk12与Trp53的敲除，会增加癌细胞对免疫检查点抑制剂的敏感性。 此外，科学家还发现同时敲除CDK12与CDK13会激活在癌症进展扮演关键角色的AKT通路。CDK13是CDK12的旁系同源物，具有92%的激酶结构域同源性和相似的三维结构。该研究团队并开发了一款具口服生物利用度的CDK12/13降解剂YJ1206。YJ1206对免疫功能正常的小鼠表现出极小的不良反应，并可显著抑制晚期去势抵抗性前列腺癌小鼠的肿瘤生长。而当YJ1206与泛AKT抑制剂uprosertib联用时，可几乎完全抑制肿瘤生长，显示两款药物的使用能够诱导癌细胞合成致死，极具临床转化的潜力。 ▲YJ1206与泛AKT抑制剂联用时，可几乎完全抑制肿瘤生长（图片来源：参考资料[2]） Chinnaiyan教授表示：“众所周知，通过单药疗法治疗癌症一直具有挑战性。患者经常会产生耐药性。如果我们能找到正确的组合，我们就可以防止耐药机制的发生。这是评估AKT抑制剂与CDK12/13降解剂联合疗法的好处之一。” ▲CDK12/13降解剂研究结果摘要（图片来源：参考资料[2]） 研究人员计划进一步开发CDK12/13降解剂，目标是将其推向临床试验。 ▲欲了解更多前沿技术在生物医药产业中的应用，请长按扫描上方二维码，即可访问“药明直播间”，观看相关话题的直播讨论与精彩回放 参考资料： [1] Research points to potential new treatment for aggressive prostate cancer subtype. Retrieved October 4, 2024 from https://www.michiganmedicine.org/health-lab/research-points-potential-new-treatment-aggressive-prostate-cancer-subtype [2] “Development of an orally bioavailable CDK12/13 degrader and induction of synthetic lethality with AKT pathway inhibition” by Yu Chang et al., 30 September 2024, Cell Reports Medicine. DOI: 10.1016/j.xcrm.2024.101752 [3] “CDK loss drives prostate cancer progression, transcription-replication conflicts, and synthetic lethality with paralog CDK13” by Tien JCY et al., 4 October 2024, Cell Reports Medicine. DOI: 10.1016/j.xcrm.2024.101758 [4] Prostate cancer statistics. Retrieved October 4, 2024 from https://www.wcrf.org/cancer-trends/prostate-cancer-statistics/ [5] Researchers Pinpoint New Subtype of Prostate Cancer. Retrieved October 4, 2024 from https://www.michiganmedicine.org/health-lab/researchers-pinpoint-new-subtype-prostate-cancer 免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。 版权说明：本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「药明康德」微信公众号回复“转载”，获取转载须知。 分享，点赞，在看，聚焦全球生物医药健康创新