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幸运28:上海药物所核酸损伤修复酶ALKBH的功能调控研究取得进展

上海药物所核酸损伤修复酶ALKBH的功能调控研究取得进展

  幸运28近年来,基于化学生物学的方法和理念开展新药发现研究已经成为新趋势。高质量化学探针的发现和正确使用,一方面在基础生物学研究中成为与遗传学手段并重的关键技术用于研究蛋白质的功能,另一方面提供可靠的药物作用靶标的发现与验证,还可以充当药物化学优化的先导骨架结构。靶向核酸甲基化损伤修复系统的抗肿瘤联合用药已成为克服肿瘤耐药、提高化疗疗效的重要手段之一。AlkB修复酶深度参与了不同肿瘤的发生、增殖和转移,被认为是抗肿瘤的潜在靶标,然而,小分子调控其修复功能的研究才刚刚起步。

  中国科学院上海药物研究所杨财广课题组通过合作研究,较早开展了AlkB家族蛋白去甲基化功能的小分子调控研究,取得了一系列进展。运用基于化学交联技术的结构生物学手段,揭示ALKBH2和3催化去甲基化的分子识别机制(Mol BioSyst, 2010, 2143;Nat Struct Mol Biol, 2012, 671;Sci China Chem, 2013, 307)。在此基础上,率先报道了肥胖相关蛋白FTO(ALKBH9)去甲基化酶的小分子抑制剂大黄酸(J Am Chem Soc, 2012, 17963)和选择性抑制剂甲氯芬那酸(Nucleic Acids Res,2015, 373),实现了对mRNA去甲基化酶FTO功能的化学干预。最近的研究提供了具有双功能的小分子化合物不但可以靶向性抑制FTO去甲基化的活性,同时可以荧光示踪FTO蛋白的胞内定位(J Am Chem Soc, 2015, 13736)。

  该研究运用大黄酸作为小分子工具化合物,研究了大肠杆菌AlkB去甲基化酶抑制剂增加烷化剂对大肠杆菌造成的损伤。从活性、选择性、胞内靶向性、抑制机理和表型等多方位比较全面地评价了大黄酸通过与AlkB直接相互作用,抑制AlkB对甲基化损伤核酸的修复活性,导幸运28致核酸甲基化损伤的累积,造成大肠杆菌对烷化剂损伤更加敏感。

  同时研究人员利用结构生物学,解析了AlkB-大黄酸复合物晶体结构,揭示了抑制机理。更重要的是,将大肠杆菌AlkB的体系推及到肿瘤细胞中的ALKBH2和3的修复体系。同时又揭示了大黄酸通过抑制ALKBH的修复活性,显著增加甲基化试剂对U87肿瘤细胞的毒性。该研究报道了具有细胞可溯性的AlkB及其人同源修复酶的小分子抑制剂大黄酸,预示ALKBH2和3修复酶可以作为抗肿瘤联合用药的候选新靶标继续加以深入研究。

  该研究的主要工作由上海药物所博士研究生李琦在研究员杨财广指导下完成,于3月25日在线发表在The Journal of Biological Chemistry上,该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点基础研究发展计划的资助。

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大黄酸抑制m1A修复,增敏化疗