Protein kinases

在药物研发的领域中，科学家们一直在探索新的分子结构和化学合成方法，以寻找更有效、更安全的药物。今天要给大家介绍的是一项来自伦敦帝国理工学院和辉瑞研发中心的研究，他们发现的「氧杂环丁烷和氮杂环丁烷磺酰氟」在药物发现中的巨大潜力。有感兴趣的朋友，点击“在看”与“转发”后，联系公众号助理索取原文！ 小分子杂环：药物设计的新宠 1.小分子杂环：药物设计的新宠 在药物化学中，精确控制分子的性质和构象是至关重要的。小分子极性基团，如氧杂环丁烷和氮杂环丁烷，因其独特的空间电子性质，成为了备受瞩目的生物电子等排体。它们可以模拟更常见官能团的性质，通过调整极性和氢键特性来增强药物与靶点的结合能力，同时还能影响药物的代谢稳定性、溶解度、吸收、分布和 pKa 值。 目前，已经有一些含有氧杂环丁烷的化合物进入了临床试验阶段，氮杂环丁烷在已批准的药物中也逐渐崭露头角。 多样的反应路径，丰富的化学结构 Defluorosulfonylative（deFS）耦合反应 OSF 和 ASF 试剂通过 deFS 反应途径，生成的碳正离子中间体可与多种亲核试剂耦合，从而合成了一系列新颖的化学结构。研究人员利用这一反应，合成了 11 种药物类似物，包括一些具有重要生物活性的分子，如治疗糖尿病诱导的免疫功能障碍的 SERCA 激活剂类似物，以及 MAPK14 抑制剂类似物等。 Sulfur–Fluoride Exchange（SuFEx）反应 在阴离子条件下，OSF 试剂还能通过 SuFEx 途径生成氧杂环丁烷 - 硫（VI）衍生物。通过调整溶剂和亲核试剂的强度，研究人员成功解锁了这一反应路径，为药物分子的设计提供了更多的选择。 合并药效团，创造新的药物设计元素 研究人员还探索了将氧杂环丁烷与其他极性官能团合并的可能性。例如，通过 deFS 反应将氧杂环丁烷与 NH - 唑、亚砜亚胺和含磷官能团等结合，形成了多种新颖的化学结构，这些结构可能作为有价值的新型生物电子等排体或替代基团，为药物化学家提供了新的设计思路。 含磷官能团作为药物化学结构单元尚未得到充分研究。膦酸酯和磷酸酯基团已被用于前药中以促进细胞膜通透性，而氧化膦在布加替尼获批后才开始受到更广泛的研究。人们越来越关注将这些结构单元引入类药分子中以调节 LogD 和溶解度。我们假设可以利用亚磷酸烷基酯试剂来捕获氧杂环丁烷碳正离子并提供相应的磷酸化氧杂环丁烷产物。 含有氧杂环丁烷的新型结构基元可进行进一步衍生化（方案 2d）。氧杂环丁烷叠氮化物59经铜催化的叠氮-炔烃环加成反应（CuAAC）生成三唑88，拓展了氧杂环丁烷 1,2,3 - 三唑的潜在应用范围。 氮杂环丁烷磺酰氟的独特魅力 首次报道的 ASF 试剂与 OSF 试剂具有相似的反应性。它可以通过 deFS 反应合成3-芳基-3-取代的氮杂环丁烷衍生物，并且与多种亲核试剂具有良好的兼容性，包括一些复杂的晚期示例，如氟西汀和氨氯地平的氮杂环丁烷功能化衍生物。此外，ASF 试剂还能通过 SuFEx 反应与醇盐反应，展示了其与复杂分子共轭的潜力。 在药物发现中的实际应用 PROTAC 连接子和分子胶设计在靶向蛋白质降解这一新兴领域中，OSF 和 ASF试剂展现出了独特的应用价值。研究人员利用这些试剂引入了cereblon-结合基序，为PROTAC连接子和分子胶提供了新的设计思路。这些新的设计可能改善其物理化学性质或溶解度特性，从而提高药物的疗效。 靶蛋白的降解 通过与 pomalidomide等E3连接酶配体的耦合反应，OSF和ASF试剂生成了新的降解剂基序，展示了它们在靶向蛋白质降解领域的应用潜力。这为开发新的药物治疗方法提供了新的途径。 结论与展望 这项研究展示了OSF和ASF 试剂在药物发现中的强大潜力。它们不仅可以通过多种反应路径合成具有新颖结构的化合物，还能为药物分子的设计提供新的思路和方法。未来，我们期待这些试剂能够在药物研发中得到更广泛的应用，为人类健康带来更多的福祉。 版权声明：本文内容及图片，如有侵权请联系删除。 免责声明：本文内容仅作信息交流学习，并不反映任何意见及观点。 往期推荐 乐威医药（欧洲）分公司正式成立 乐威医药沧州GMP生产基地高活生产线启用 乐威医药亮相意大利CPHI Milan 2024

引言 调节性T（Treg）细胞是免疫系统中的一种特殊T细胞亚群，负责维持免疫耐受性和防止自身免疫性疾病的发生。它们通过抑制过度的免疫反应，避免对自身组织发起攻击。Treg细胞特异性表达Foxp3转录因子，并通过分泌抑制性细胞因子（如IL-10和TGF-β）或直接与其他免疫细胞接触来抑制其活性【1】。Treg细胞在控制慢性炎症、预防自身免疫性疾病以及调节肿瘤微环境中都发挥着重要作用【2】。Treg细胞表达一系列表面受体，其中Lag3是一种类似于CD4的共受体，主要在活化的T细胞和Treg细胞中表达【3】。Lag3被认为是一种抑制性共受体，能够限制常规T细胞的增殖和IL-2的产生。有研究报道，Lag3缺陷的Treg细胞不能缓解自身免疫性脑脊髓炎，但是Lag3可能会限制自身免疫性糖尿病中Treg细胞的增殖和功能【4,5】。虽然Lag3对Treg细胞功能的调节已经被证实，但是Lag3调节Treg细胞的确切机制仍不清楚。 近日，来自美国西北大学范伯格医学院的Booki Min课题组在Immunity上发表了研究论文Inhibitory co-receptor Lag3 supports Foxp3+ regulatory T cell function by restraining Myc-dependent metabolic programming。在本研究中，作者特异性突变Treg细胞的Lag3受体，揭示了Lag3通过PI3K-Akt通路抑制Myc的表达，从而支持Treg细胞免疫抑制功能的分子机制。 为了探究Lag3在Treg细胞功能调节中具体作用，研究人员在Lag3基因位点引入了loxP位点，将Lag3基因的1-3号外显子进行flox处理，然后与Foxp3CreYFP小鼠进行交配，构建了在Treg细胞中特异性缺陷Lag3的突变（Treg△Lag3E1-3）小鼠。通过诱导实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE），研究发现相较于野生型小鼠，Treg△Lag3E1-3小鼠的疾病进展更快且症状更严重，表现为中枢神经系统（CNS）中Treg细胞和CD4 T细胞浸润增加，促炎细胞因子也显著增加。这些结果表明，Lag3缺失的Treg细胞功能异常，未能有效控制EAE的发展。同时，研究人员还进一步的验证了Lag3在免疫抑制和肿瘤生长调控中的作用。总的来说，Lag3在维持Treg细胞的抑制功能和调节免疫反应方面发挥重要作用，其缺失可能导致更严重的炎症反应和免疫失调。 接下来，为了揭示Lag3调节Treg细胞功能的具体机制，研究人员先对CNS中分离的Treg细胞进行了RNA-seq分析。研究发现，代谢过程是Lag3缺失的Treg细胞中主要富集的途径。GSEA分析进一步确认，Lag3缺失的Treg细胞中上调的基因高度富集在细胞代谢途径中，包括Myc靶基因、氧化磷酸化、糖酵解和脂肪酸代谢途径。Myc是多种细胞代谢过程的关键调节因子，它直接激活几乎所有编码糖酵解酶的基因。在Lag3缺失的Treg细胞中，Myc表达高于对照组且与糖酵解相关的基因表达显著增加，与此相对应的是糖酵解活性增加。此外，在Lag3缺失的Treg细胞中敲低Myc的表达，糖酵解活性受到明显抑制，Treg细胞的免疫抑制功能得到恢复。研究人员还探究了Lag3抑制Myc表达的分子机制。他们发现Lag3胞质结构域缺失导致Myc及其代谢靶基因的过度表达，进而引发Treg细胞的代谢失调。这些结果表明，Lag3通过控制Myc的表达来调节Treg细胞的代谢和功能，Myc相关的代谢变化直接影响Treg细胞在体内的抑制功能。 研究人员还探究了Lag3抑制Myc表达的分子机制。他们发现Lag3胞质结构域缺失导致Myc及其代谢靶基因的过度表达，进而引发Treg细胞的代谢失调。之前的研究表明，PI3K-Akt信号通路在调控Myc表达中起重要作用，并且Lag3缺失在其他T细胞中能增强Akt磷酸化。因此作者推测Lag3可能通过PI3K-Akt信号通路抑制了Treg细胞中Myc的表达。为了证实这个推测，研究人员分析了Lag3缺失的Treg细胞中PI3K信号的激活情况以及使用PI3K-Akt通路的相关抑制剂处理细胞。结果表明，Lag3突变导致的PTEN下调、Rictor上调和Akt的异常磷酸化共同作用，引发Treg细胞的代谢失调和抑制功能减弱。当抑制PI3K和Rictor可以有效降低Myc的表达，恢复Lag3缺失的Treg细胞正常代谢活动，并改善其免疫抑制功能。 文章的最后，研究人员详细的分析了Lag3对Myc的调控是如何影响Treg细胞的代谢活动。前面介绍到Lag3的缺失会导致Treg细胞的糖酵解活性增强，一个显著特征是细胞外酸化率增加，而乳酸脱氢酶A（Ldha）是介导这种状况发生的关键基因，并且Ldha也是Myc的靶基因之一。因此，研究人员对Ldha的功能进行了分析。结果表明，Lag3缺失会导致Ldha的表达增加，这与Myc的表达升高相一致，乳酸分泌也随之增加。抑制Ldha的活性能够恢复Lag3缺失导致的Treg细胞功能障碍以及代谢异常，从而揭示了Myc-Ldha轴在Treg细胞功能中的关键作用。 模式图（Credit: Immunity） 总的来说，这篇文章揭示了Lag3共受体调节Treg细胞免疫抑制功能的具体机制，Lag3通过PI3K-Akt信号通路抑制Myc的表达，当Lag3缺失后Myc表达升高并激活下游代谢基因的表达，改写了Treg细胞的代谢进而影响了Treg细胞的抑制性功能。 参考文献 1. Sakaguchi, S., Yamaguchi, T., Nomura, T., and Ono, M. (2008). Regulatory T cells and immune tolerance. Cell 133, 775–787. 2. Vignali, D.A.A., Collison, L.W., and Workman, C.J. (2008). How regulatory T cells work. Nat. Rev. Immunol. 8, 523–532. 3. Andrews, L.P., Marciscano, A.E., Drake, C.G., and Vignali, D.A.A. (2017). LAG3 (CD223) as a cancer immunotherapy target. Immunol. Rev. 276, 80–96. 4. Kim, D., Le, H.T., Nguyen, Q.T., Kim, S., Lee, J., and Min, B. (2019). Cutting Edge: IL-27 Attenuates Autoimmune Neuroinflammation via Regulatory T Cell/Lag3-Dependent but IL-10-Independent Mechanisms In Vivo. J. Immunol. 202, 1680–1685. 5. Zhang, Q., Chikina, M., Szymczak-Workman, A.L., Horne, W., Kolls, J.K., Vignali, K.M., Normolle, D., Bettini, M., Workman, C.J., and Vignali, D.A.A. (2017). LAG3 limits regulatory T cell proliferation and function in autoimmune diabetes. Sci. Immunol. 2, eaah4569. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.immuni.2024.08.008 责编|探索君 排版|探索君 来源|BioArt End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

引言 胶质瘤是中枢神经系统中最常见的恶性肿瘤，预后极差，其转化机制涉及多种基因突变。PRC2是一个组蛋白甲基化酶复合物，其催化亚基EZH2在肿瘤抑制基因的沉默中起关键作用。PRC2通过在组蛋白H3的第27个赖氨酸上添加甲基标记（H3K27Me3）来沉默基因【1】。EZH2可以与多种RNA结合，包括富含鸟嘌呤的序列和RNA四重氢键 (rG4)【2】。尽管 EZH2-RNA结合的选择性存在争议，但一些lncRNA的功能与其PRC2结合能力相关。HOXDeRNA是一种增强子相关的lncRNA，在正常脑组织中沉默，但在胶质瘤中普遍激活【3】。高水平的HOXDeRNA与胶质瘤进展和GBM患者生存期缩短相关。之前的研究表明，在胶质瘤细胞中靶向激活HOXDeRNA会促进其转化为胶质瘤样细胞。但是，HOXDeRNA是如何通过其RNA四重氢键结构与EZH2相互作用，从而在整体范围内激活癌症转录程序和超级增强子的，目前尚不清楚。 近日，来自美国波士顿布莱根妇女医院哈佛医学院神经病学系的Anna M. Krichevsky研究团队在在Molecular Cell杂志上发表题为HOXDeRNA activates a cancerous transcription program and super enhancers via genome-wide binding的研究论文，该研究发现了lncRNA HOXDeRNA通过与EZH2结合并消除其抑制作用，在胶质瘤中激活了广泛的癌症转录程序和超级增强子，从而将星形胶质细胞转化为类似于胶质瘤干细胞的细胞。 研究人员通过CRISPR系统激活HOXDeRNA后，观察到星形胶质细胞从贴壁生长转变为形成球形，形态发生显著变化。转录组分析揭示了HOXDeRNA激活后，大量基因表达发生改变，包括细胞粘附、生长因子和酪氨酸激酶相关基因，以及35个关键的胶质瘤转录因子(TFs)。这些TFs不仅包括SOX2和OLIG2等干细胞相关TFs，还包括EGFR、PDGFRA、BRAF和TERT 等已知的癌症驱动基因。这些基因的激活定义了转化后星形胶质细胞的转录组和胶质瘤样身份，表明HOXDeRNA在驱动星形胶质细胞向胶质瘤转化中发挥重要作用。 研究人员利用ChIRP-seq和iMARGI技术揭示了HOXDeRNA在星形胶质细胞和胶质瘤干细胞中与基因组广泛的结合，主要位于基因启动子和外显子区域。HOXDeRNA结合的基因在正常脑组织和胶质瘤细胞中通常被PRC2标记沉默，但在转化后失去PRC2标记并表达上调。这表明HOXDeRNA通过与PRC2结合并去除其抑制作用来激活这些基因，从而在胶质瘤发生发展中发挥关键作用。 iMARGI和ChIRP-seq分析发现，HOXDeRNA主要与表达上调的基因的CpG岛结合，而CpG 岛通常位于基因启动子区域。这些超级增强子（super enhancers，SEs）与SOX2和OLIG2等TFs的结合位点高度富集，表明这些TFs可能调节这些SEs。通过敲低SOX2和OLIG2，可以显著降低胶质瘤SEs的活性，并减少球形形成，表明这些TFs对SEs的激活和星形胶质细胞的转化至关重要。此外，SOX2和OLIG2敲低还导致SEs相关基因表达下调，表明SEs激活可能介导了HOXDeRNA对基因表达的影响。 研究人员通过CLIP实验发现EZH2与未剪接的HOXDeRNA结合，而不是成熟型HOXDeRNA。通过CRISPR基因编辑，敲除HOXDeRNA中的rG4结构会降低其与EZH2的结合并减少PRC2 标记的基因的激活。这些结果表明，EZH2可能招募核内的HOXDeRNA到染色质上，而rG4 结构介导了这种结合。此外，敲除 rG4-1 结构会降低星形胶质细胞的转化能力，表明rG4-1 结构在HOXDeRNA的转化功能中发挥重要作用。 图1 HOXDeRNA 通过与基因组广泛结合激活癌症转录程序和超级增强子（Credit: Molecular Cell） 总之，该研究揭示了长链非编码RNA HOXDeRNA在胶质瘤发生发展中的关键作用机制。发现了HOXDeRNA通过rG4结构结合EZH2并招募到PRC2标记的基因组区域，从而去除PRC2对关键胶质瘤转录因子和超级增强子的抑制，最终激活多个癌症驱动基因，驱动星形胶质细胞向胶质瘤转化。这项研究为胶质瘤的发病机制提供了新的见解，并为开发新的治疗策略提供了潜在的靶点。 参考文献 1. Cao, R., and Zhang, Y. (2004). The functions of E(Z)/EZH2-mediated methylation of lysine 27 in histone H3. Curr. Opin. Genet. Dev. 14, 155-164. 2. Wang, X., Goodrich, K.J., Gooding, A.R., Naeem, H., Archer, S., Paucek, R.D., Youmans, D.T., Cech, T.R., and Davidovich, C. (2017). Targeting of polycomb repressive complex 2 to RNA by short repeats of consecutive guanines. Mol. Cell 65, 1056-1067.e5. 3. Deforzh, E., Uhlmann, E.J., Das, E., Galitsyna, A., Arora, R., Saravanan, H., Rabinovsky, R., Wirawan, A.D., Teplyuk, N.M., El Fatimy, R., et al. (2022). Promoter and enhancer RNAs regulate chromatin reorganization and activation of miR-10b/HOXD locus, and neoplastic transformation in glioma. Mol. Cell 82, 1894–1908.e5. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.molcel.2024.09.018 责编|探索君 排版|探索君 来源|BioArt End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述