基本信息
- 项目名称：
- 潜在癌症治疗靶标RSK2激酶的新型靶向抑制剂发现
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 我们针对主要的癌症靶标RSK2激酶的N端进行了同源模建，并在优化后的RSK2 NTKD模型的基础上针对商业化合物库Maybridge 进行了高通量的虚拟筛选，对购买的26个化合物进行体外生物活性测试后，得到7个活性较好的抑制剂，其IC50值的范围为2.4μM ~ 14.45μM，为新药的研制奠定基础。
- 详细介绍：
- 癌症是威胁人类生命健康的最重大的疾病之一。在各种疾病中，恶性肿瘤的死亡率高居第二位，仅次于心脑血管病。虽然随着医疗技术的不断发展，以手术及放、化疗为主要方法的癌症治疗手段有了长足的进展，是由于癌症发病作用机理复杂，治疗难度极大，因此寻找高效、低毒的小分子抗癌药物一直是当今癌症治疗领域的难点和热点之一。 丝氨酸、苏氨酸以及酪氨酸残基的磷酸化过程是真核生物细胞内信号传导以及进行正常的细胞周期调控的最主要的机制。Ras-MAPK激酶通路对调控细胞正常分裂、生存、生长以及分化过程起着极为重要的作用，该通路中许多激酶蛋白的突变或者过表达往往会导致肿瘤细胞的生成。p90核糖体S6激酶（RSK）家族处于Ras-MAPK通路的下游。RSK激酶蛋白特异性的磷酸化胞内及核内许多细胞周期相关的下游蛋白，从而起到调控细胞生命周期的功能。其中RSK2可以特异性的磷酸化底物蛋白上面的苏氨酸和丝氨酸残基，其很多底物蛋白本身就是被集中研究的癌症治疗靶点。RSK2亚型被证实在人类乳腺癌和前列腺癌细胞中的表达量明显增长，另外RSK2在骨髓瘤细胞的造血转移过程中也起着关键作用。 国外制药公司及科研单位已有数个RSK2抑制剂进入临床前或临床研究，而国内尚未见此方面的报道。 本课题采用计算机模拟结合实验等技术手段， 建立RSK2的三维结构及筛选平台；发现了7个具有创新性的、具有自主知识产权的先导化合物，其IC50值的范围为2.4μM ~ 14.45μM；并针对其进行结构优化及修饰；结合分子、细胞生物学等方法进行作用机理及小分子诱导细胞信号转导机制的研究。为我国的创新药物的研制奠定基础并贡献力量。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的是发现新型的RSK2激酶抑制剂，为我国的创新药物的研制奠定基础并贡献力量。 思路是通过同源模建的方法建立RSK2 N 端激酶域的三维结构。在优化好的模型的基础上采用多策略的虚拟筛选的方法针对商业化合物库Maybridge 中的化合物进行高通量的虚拟筛选。接着对挑选出来的候选化合物进行体外生物活性测试，发现新型的RSK2激酶抑制剂，为先导化合物的结构改造提供思路。
科学性、先进性及独特之处
- 研究体系创新：本项目旨在针对重要的癌症治疗靶标RSK2 激酶筛选结构新颖的小分子抑制剂。 研究方法创新：本项目发展建立的多策略靶向虚拟筛选平台，从分子对接、药效团匹配以及三维相似性搜寻三个不同的角度进行筛选，弥补单一的筛选策略的不足，降低假阳性率，提高真实抑制剂分子的命中率。 研究手段创新：采用计算机分子模拟和分子、细胞生物学相结合的方法。
应用价值和现实意义
- 本项目拟从药物研发上游阶段进行创新，发现其新型小分子及天然产物抑制剂，占领此类药物研发的制高点。本课题拟采用计算机模拟结合实验等技术手段， 建立RSK2的三维结构及筛选平台；发现若干具有创新性的、具有自主知识产权的先导化合物；并针对其进行结构优化及修饰；结合分子、细胞生物学等方法进行作用机理及小分子诱导细胞信号转导机制的研究。为我国的创新药物的研制奠定基础并贡献力量。
学术论文摘要
- P90核糖体S6激酶2(RSK2)被证实在人类乳腺癌、前列腺癌及肺癌细胞中的表达量明显增长，它属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族，是潜在的癌症治疗靶标。 RSK2含有两个激酶域(NTKD and CTKD)，可以被结合在这两个激酶域中的ATP活性位点的不同的小分子所抑制。由于缺少RSK2蛋白的晶体结构，本文主要通过利用同源模建的方法和逐步限制性优化的方法来建立RSK2 NTKD（残基68-327）模型。在通过分子对接的方法评估过部分已报道的抑制剂和优化后模型的结合模式后，针对商业化合物库进行基于结构的虚拟筛选，7个新型的RSK2激酶抑制剂被发现，其IC50 值的变化范围是2.4μM ~ 14.45μM。通过分析这些化合物的结合模式，为先导化合物的结构改造提供思路。
获奖情况
- 2010.11.26-28 南京 中国药科大学第三届 全国大学生药苑论坛 论文“基于同源模建和分子对接方法发现新型RSK2激酶抑制剂”发表获得“创新成果”奖
鉴定结果
- 专利号：201110067389.8
参考文献
- [1] Clark, D. E. et al. The serine/threonine protein kinase, p90 ribosomal S6 kinase, is an important regulator of prostate cancer cell proliferation. [J],Cancer Res. 2005, 65,3108-3116. [2] Nguyen, T. L., Targeting RSK: an overview of small molecule inhibitors. Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry 2008, 8, 710-716. [3] Nguyen, T. L.; Rick, G.; Smith., J. A., Homology model of RSK2 N-terminal kinase domain, structure-based identification of novel RSK2 inhibitors, and preliminary common pharmacophore. Bioorganic & Medicinal Chemistry 2006, 14, 6097–6105. [4] Kang, S. et al. FGFR3 activates RSK2 to mediate hematopoietic transformation through tyrosine phosphorylation of RSK2 and activation of the MEK/ERK pathway.[J],Cancer Cell, 2007, 12, 201–214.
同类课题研究水平概述
- 癌症是威胁人类生命健康的最重大的疾病之一。在各种疾病中，恶性肿瘤的死亡率高居第二位，仅次于心脑血管病。虽然随着医疗技术的不断发展，以手术及放、化疗为主要方法的癌症治疗手段有了长足的进展；但是由于癌症发病作用机理复杂，治疗难度极大，因此寻找高效、低毒的小分子抗癌药物一直是当今癌症治疗领域的难点和热点之一。我国至今尚未开发出具有自主知识产权结构的一类抗癌新药，因此为了打破国外制药公司在癌症治疗领域的垄断，有必要加强我国在这一领域的研发实力和投入。 Ras-MAPK激酶通路对调控细胞正常分裂、生存、生长以及分化过程起着极为重要的作用，该通路中许多激酶蛋白的突变或者过表达往往会导致肿瘤细胞的生成。p90核糖体S6激酶（RSK）家族处于Ras-MAPK通路的下游，该家族包含四个蛋白亚型：RSK1~4。RSK激酶蛋白特异性的磷酸化胞内及核内许多细胞周期相关的下游蛋白， 从而起到调控细胞生命周期的功能。 其中RSK2可以特异性的磷酸化底物蛋白上面的苏氨酸和丝氨酸残基，其很多底物蛋白本身就是被集中研究的癌症治疗靶点：如Myt1、GSK-3以及BAD等；RSK2亚型被证实在人类乳腺癌、前列腺癌及肺癌细胞中的表达量明显增长，另外RSK2在骨髓瘤细胞的造血转移过程中也起着关键作用，因此被认为是与癌症发病关系最为密切的RSK激酶亚型并且作为新一代抗癌药物靶点引起了国际制药公司广泛的重视和研究。 从结构上来看，RSK2由两个功能结构域组成：C端激酶域（CTKD）主要参与RSK2的自身磷酸化过程；N端激酶域（NTKD）则参与底物蛋白的磷酸化过程。这种特殊的分子结构为研究人员提供了两个潜在的药物结合位点：分别位于两个结构域的ATP结合位点，数个位点选择性ATP竞争性RSK2抑制剂也已见诸报道，其中礼来公司的NTKD特异性的RSK2抑制剂Enzastaurin已经进入了三期临床，而我国暂无此类研究。根据广为接受的相似的化合物具有相似活性的假设，大量的结构已知的RSK2抑制剂模板为基于相似性的新的抑制剂的设计和发现打下了基础。而已经报道的RSK2激酶NTKD部分的同源模建结构以及CTKD部分的晶体结构则为基于受体结构的计算机辅助RSK2抑制剂的设计和筛选提供了便利。
