基本信息
- 项目名称：
- MDM2 E3连接酶抑制剂的设计、合成及活性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 以p53-MDM2及泛素-蛋白酶体通路为抗肿瘤药物研究的新颖靶点，通过文献查阅选定先导化合物进行结构优化改造，并开展生物学实验评价化合物活性。有望获得课用于进一步药物研发的新先导分子，并未抗肿瘤药物的研究提供新策略。
- 详细介绍：
- 近年研究发现，p53基因是与人类肿瘤相关性较高的抑癌基因之一，有维持基因组稳定、抑制或阻止细胞转化的功能，从而抑制肿瘤的发生。人体中，大约50%的肿瘤细胞含有变异的p53基因或缺失p53基因，在这些肿瘤细胞中，可能导致治疗的失败。在余下的50%的人类癌症中，p53保持了野生形态，但是它的活性却被细胞自身的多种阻断途径所抑制，从而阻碍其抑癌作用的发挥。在多种阻断途径中，MDM2是主要的调节因子，通过与p53形成一个自动调节负反馈环，从而阻p53通路：当p53多肽在细胞内含量水平增高时，可诱导激活增高MDM2基因的转录水平，MDM2基因的表达产物MDM2蛋白能与p53基因转录激活区进行专一性结合，从而抑制p53基因的转录；同时，p53多肽与MDM2蛋白结合形成p53-MDM2复合物，当p53-MDM2复合物被转运出细胞核后，MDM2蛋白又作为泛素连接酶将p53多肽泛素化，p53多肽很快被胞浆中的蛋白酶所降解。p53和MDM2形成的负反馈回路调节细胞内的MDM2／p53比率保持恒定，以保证细胞正常生长。 通过抑制含有野生型p53基因的肿瘤细胞中MDM2对p53的负调节，从而激活p53通路，诱导细胞凋亡或进行DNA修复，达到治疗肿瘤的目的。P53-MDM2调节通路也成为近年来肿瘤治疗相关研究的一个热点，主要存在以下研究策略： 首先，利用小分子抑制剂竞争性阻断p53与MDM2的结合作用，从而释放具有肿瘤生长抑制作用的p53分子，可达到调控肿瘤细胞生长的作用。其次，抑制MDM2泛素-蛋白酶体途径中的泛素连接酶活性也能使体内p53的水平提高。泛素-蛋白酶体途径（UPS）是细胞内重要的非溶酶体蛋白降解途径，调节细胞增长、分化以及信号转导等过程。研究发现MDM2蛋白充当着p53多肽降解过程中的泛素连接酶（E3），即与E2共同作用，把泛素小分子标记到p53之上，使p53被蛋白酶体捕获而降解。因此，抑制MDM2的E3连接酶活性，使p53不被降解，这也可作为肿瘤治疗的一种方式。 目前p53-MDM2之间的相互作用已成为抗肿瘤药物的作用靶点之一，即通过上述的第1条策略提高并稳定p53在体内的水平。我们课题组在这个方向的研究已经取得一定的成绩，设计并合成了3类p53-MDM2蛋白-蛋白相互作用的小分子抑制剂。随着对p53和MDM2之间相互作用机制研究的不断加深，抑制p53多肽的泛素化途径也逐渐成为一个较新颖的研究通路而引起关注。为了更全面的研究p53与MDM2之间的相互作用，我们也开始将抑制MDM2作为E3连接酶的活性作为一个新的研究方向。 研究人员通过计算机高通量筛选的方法，从含有10000个化合物的化合物库中筛选出约40个对MDM2泛素连接酶活性具有潜在抑制活性的小分子化合物；经过体外测试，得到4个可以显著抑制MDM2对p53泛素化作用的化合物，但该类化合物如HLI98C，HLI98D，HLI98E等由于水溶性较差，限制其进一步的开发，因此开展了结构优化工作。2008年，Jirouta Kitagaki等得到化合物HLI373，不仅活性高，且水溶性也有大幅改善。综上所述，基于HLI系列化合物的较高活性和潜在的改造空间，我们以HLI系列化合物为先导化合物，经合理药物设计进行结构优化，以期获得具可成药性的化合物实体。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- p53基因有维持基因组稳定、抑制或阻止细胞转化的功能，从而抑制肿瘤的发生。但其活性却被细胞自身的多种途径所抑制。其中MDM2经过一个自动负调节反馈环调节p53基因。近年研究发现，抑制MDM2泛素连接酶的活性以激活肿瘤细胞内的p53基因可以作为肿瘤治疗的潜在方式。本项目研究主要以HLI系列化合物为先导化合物进行结构的优化改造，争取获得具有可成药性的化合物实体。
科学性、先进性及独特之处
- p53-MDM2调节通路是近年来肿瘤相关研究的一个热点，目前p53-MDM2之间的相互作用已经成为抗肿瘤药物的作用靶点之一。随着它们之间相互作用机制研究的不断加深，抑制p53多肽泛素化途径也逐渐成为一个较新颖的研究通路而引起关注。在前期研究的基础上，我们也开始将抑制MDM2 E3连接酶活性作为一个新颖的研究方向。通过查阅文献，选定先导化合物，运用合理药物设计进行结构优化和改造。
应用价值和现实意义
- 新型MDM2 E3连接酶抑制剂以p53-MDM2和泛素-蛋白酶体通路为靶点，是一条较新颖的肿瘤治疗途径，各方面的研究方法都还属于摸索阶段，且因为整个泛素-蛋白酶体途径的机制至今仍没有明确的定论。尽管有诸多的不确定性，但是可以预计到，作用于泛素-蛋白酶体途径的抑制剂相较于其他的肿瘤治疗药物的毒性较小，活性好，且酶作用有专一性，所以这是一条较有前景的研究方向，可为肿瘤治疗药物的研发提供了新的策略。
学术论文摘要
- The p53 tumor suppressor protein is regulated by HDM2, which serves as a ubiquitin ligase (E3)for p53 degradation. We have identified a family of small molecules (HLI98) that inhibits HDM2’s E3 activity. These compounds show some specificity for HDM2 in vitroIn cells, the compounds allow the stabilization of p53 and HDM2 and activation of p53-dependent transcription and apoptosis, although other p53-independent toxicity was also observed.
获奖情况
- 2010年长三角药化会议发表论文摘要
鉴定结果
- 该作品设计思想新颖科学，技术路线和方案合理可行，前期工作有较好基础，预计通过项目实施，能发现新的先导分子，并有效地培养学生的科研能力。
参考文献
- [1] Discovery Oncology, Roche Research Center, Hoffmann-La Roche Inc., TRENDS in Molecular Medicine ,2006, 13, 23 - 31. [2] Chun-Qi Hu , Yong-Zhou Hu, Current Medicinal Chemistry, 2008, 15, 1720-1730. [3] Philippe Guédat, Frédéric Colland, BMC Biochemistry, 2007, 8(Suppl 1):S14. [4] Yili Yang et al, CANCER CELL. 2005, 7, 547-559. [5] Jennifer M. Wilson et al, Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2007, 15, 77-86. [6] Jirouta Kitagaki et al, Mol Cancer Ther, 2008, 7(8), 2445-2454. [7] Zhihong Lai et al , PANS.2002, 99, 14734-14739. [8] Pamela Crepaldi et al , Bioorganic & Medicinal Chemistry,2009, 17, 4612-4621.
同类课题研究水平概述
- P53-MDM2调节通路是近年来肿瘤治疗相关研究的一个热点。目前p53-MDM2之间的相互作用已成为抗肿瘤药物的作用靶点之一，即通过上述的第1条策略提高并稳定p53在体内的水平。我们课题组在这个方向的研究已经取得一定的成绩，设计并合成了3类p53-MDM2蛋白-蛋白相互作用的小分子抑制剂。随着对p53和MDM2之间相互作用机制研究的不断加深，抑制p53多肽的泛素化途径也逐渐成为一个较新颖的研究通路而引起关注。为了更全面的研究p53与MDM2之间的相互作用，我们也开始将抑制MDM2作为E3连接酶的活性作为一个新的研究方向。 国外研究MDM2 E3 连接酶抑制剂的开发与研究工作还处在相对初步及探索阶段，但其光明的抗癌治疗前景使得科学家们不断探索MDM2 E3 连接酶发挥泛素化作用的关键部位以及设计有效的小分子抑制剂阻断癌蛋白MDM2的作用。目前文献中提到的小分子化合物还处在临床前研究阶段，所以设计和合成更为有效地小分子抑制剂尤为迫切。
