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Bcl-2家族蛋白共价抑制剂——基于结构的分子设计和共价修饰“弹头”的筛选

批准号:
81903462
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
王紫千
依托单位:
学科分类:
合成药物化学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:

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项目成果

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中文摘要
Bcl-2家族蛋白是肿瘤靶标蛋白。Bcl-2和Mcl-1蛋白通过与促凋亡蛋白的蛋白-蛋白相互作用(PPI)调控细胞凋亡。申请人拟在自主研发的Bcl-2蛋白非共价抑制剂的分子骨架上连接亲电基团,共价结合Bcl-2蛋白和/或Mcl-1蛋白上的亲核氨基酸残基,首次获得特异性Bcl-2蛋白共价抑制剂、特异性Mcl-1蛋白共价抑制剂和Bcl-2/Mcl-1共价双抑制剂分子。通过与靶蛋白上的氨基酸残基发生不可逆结合,显著增强小分子的亲和力,突破PPI靶标抑制剂亲和力普遍偏低这一瓶颈,获得更高抗肿瘤活性的候选药物。本研究还将筛选和评价具有多样性的共价修饰“弹头”,丰富亲电基团的种类和共价修饰氨基酸残基的反应类型。通过分析结合动力学参数与共价抑制剂分子的特异性、亲和力和脱靶毒性的关系,为Bcl-2家族PPI共价抑制剂以及其它PPI靶标共价抑制剂提供“弹头”的分子设计原则。
英文摘要
Bcl-2 family proteins are tumor target proteins. Anti-apoptotic Bcl-2 and Mcl-1 regulate cellular apoptosis via protein-protein interactions (PPIs) with pro-apoptotic proteins. A targeted covalent inhibitor (TCI) is designed such that the initial, reversible association is followed by the formation of a covalent bond between an electrophile on the ligand and a nucleophilic center in the protein. Herein, we planned to incorporate electrophile “warheads” into S1, a noncovalently Bcl-2 family inhibitor, which would allow site-specific covalent modification of Bcl-2 family proteins’ nucleophilic residues and provide potential covalent Bcl-2 family inhibitors as drug leads for targeted cancer therapy. Covalent inhibition was utilized to overcome the increased affinity of the PPI inhibitors. Moreover, a variety of novel electrophilic “warheads” will be discovered for covalent inhibitors design. Finally, we also will discuss the importance of the rate of covalent modification, in interpreting structure-activity relationships (SARs), translating activity from biochemical assays to the cell and more accurately defining selectivity.
本项目提出自主研发的Bcl-2蛋白非共价抑制剂的分子骨架上取代各种亲电基团或光亲和基团,共价结合Bcl-2蛋白和/或Mcl-1蛋白上的亲核氨基酸残基,获得特异性Bcl-2蛋白共价抑制剂、特异性Mcl-1蛋白共价抑制剂、和Bcl-2/Mcl-1共价双抑制剂分子。通过与靶蛋白上的氨基酸残基发生不可逆结合,显著增强小分子的亲和力,突破蛋PPI靶标抑制剂亲和力普遍偏低这一瓶颈,获得更高抗肿瘤活性的候选药物。同时还将利用共价分子与靶标的不可逆结合作用,将其偶联报告基团合成基于活性的分子探针,利用基于活性的蛋白质组学手段在活细胞内进行“靶点垂钓”,获得能与已知Bcl-2抑制剂结合、具有Bcl-2家族特征结构BH3沟槽的未知Bcl-2家族蛋白。最后,筛选和评价具有多样性的共价修饰“靶头”,丰富亲电基团的种类和共价修饰氨基酸残基的反应类型。通过分析结合动力学参数kobs、kina、KI、和kina/KI与共价抑制剂分子的特异性、亲和力、和脱靶毒性的关系,为Bcl-2家族PPI共价抑制剂以及其它PPI靶标共价抑制剂提供“靶头”的分子设计原则。在项目实施过程中,我们首先共价修饰的亲电性“靶头”的设计合成、“靶头”与非共价抑制剂分子骨架的链接、Bcl-2/Mcl-1共价抑制剂的体外筛选、在细胞和小鼠模型内对于Bcl-2/Mcl-1共价抑制剂的活性评价等方面均取得了重要进展,获得了一系列在细胞内筛选低脱靶毒性的、依赖Bcl-2通路抗肿瘤的Bcl-2家族蛋白共价抑制剂药物先导;进一步,通过连接与磷酸化位点附近作为“构象开关”的精氨酸特异性反应的“靶头”,获得特异性诱导Bcl-2去磷酸化的分子探针,实现对Bcl-2蛋白磷酸化修饰的原位化学干预。另一方面,我们以共价Bcl-2抑制剂为识别基团,设计合成了一系列基于活性的分子探针的并通过“靶点垂钓”的方法发现了一个全新的Bcl-2家族新抗凋亡成员——热休克蛋白70(Hsp70);最后,对药物候选分子S1系列衍生物的取代基进行生物电子等排体替换,使得其具有与蛋白表面的赖氨酸发生亲核取代反应并发生荧光“turn-on”的性质,获得集荧光性质和抗癌活性为一体的“二合一“turn-on”荧光分子探针。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Small-molecule inhibitor targeting the Hsp70-Bim protein-protein interaction in CML cells overcomes BCR-ABL-independent TKI resistance
靶向 CML 细胞中 Hsp70-Bim 蛋白-蛋白相互作用的小分子抑制剂克服了不依赖于 BCR-ABL 的 TKI 耐药性
DOI: 10.1038/s41375-021-01283-5
发表时间: 2021-05-18
期刊: LEUKEMIA
影响因子: 11.4
作者: [Song, Ting, Guo, Yafei, Zhang, Zhichao]
通讯作者: Zhang, Zhichao
The chaperone Hsp70 is a BH3 receptor activated by the pro-apoptotic Bim to stabilize anti-apoptotic clients
分子伴侣 Hsp70 是一种 BH3 受体,由促凋亡 Bim 激活,可稳定抗凋亡客户
DOI: 10.1074/jbc.ra120.013364
发表时间: 2020-09-11
期刊: JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
影响因子: 4.8
作者: [Guo, Zongwei, Song, Ting, Zhang, Zhichao]
通讯作者: Zhang, Zhichao
Discovery of a Fluorogenic Probe for In Situ Pyruvate Kinase M2 Isoform (PKM2) Labeling through Chemoselective SNAr with a Binding Site Lysine Residue
通过具有结合位点赖氨酸残基的化学选择性 SNAr 发现用于原位丙酮酸激酶 M2 同工型 (PKM2) 标记的荧光探针
DOI: 10.1021/acs.analchem.1c00208
发表时间: 2021
期刊: Analytical Chemistry
影响因子: 7.4
作者: [Wang Ziqian, Zhang Xiaodong, Zhang Hong, Tang Yao, Pan Hao, Wang Hang, Ji Tong, Guo Yafei, Gao Qishuang, Song Ting, Zhang Zhichao]
通讯作者: Zhang Zhichao
A "Three-in-One" Multifunctional Probe for Bcl-2/Mcl-1 Profiling and Visualizingin Situ
用于 Bcl-2/Mcl-1 原位分析和可视化的“三合一”多功能探针
DOI: 10.1002/cbic.202000441
发表时间: 2021
期刊: ChemBioChem
影响因子: 3.2
作者: [Zhang Xiaodong, Wang Ziqian, Guo Zongwei, Song Ting, He Nianzhe, Zhu Junjie, Cao Keke, Zhang Zhichao]
通讯作者: Zhang Zhichao
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    Hsp70与辅伴侣蛋白的PPI的肿瘤靶标确认及其抑制剂研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      52万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      王紫千
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金