去泛素化酶USP14的新型小分子抑制剂的研发

The ubiquitin proteasome system (USP) is primarily responsible for the posttranslational maintenance of proteostasis by tagging and degradation of proteins. Ubiquitin ligases and deubiquitinases (DUB) play key roles in UPS as they reversibly regulate the ubiquitination level of proteins. Abnormally overexpressed and/or activation of DUBs often lead to protein accumulation associated in diseases. The DUB USP14 is reported to inhibit the activation of proteasome as well as autophagy, and to stabilize protein aggregates of tau or TDP-43, etc, which are common in neurodegeneration. Therefore, USP14 is a potential therapeutic target for neurodegenerative diseases, and a potent and selective USP14 inhibitor is in urgent need to facilitate the target validation. Herein we aim to develop a novel USP14 inhibitor, which is suitable for cellular and in vivo studies, based on chemical biology methods such as assays development, high through-put screening and structure-based design. We aim to interrogate USP14 in the context of neurodegenration with our new inhibitor, to further evaluate USP14 as a therapeutic target.

泛素-蛋白酶体系通过对蛋白底物翻译后修饰使其降解以维持蛋白质稳态，而泛素连接酶和去泛素化酶作为该体系核心部件，可逆地调控着蛋白质底物的泛素化水平。去泛素化酶的异常高表达或激活，往往促使其蛋白底物异常的稳定并累积，进而推动相关疾病的发生或恶化。去泛素化酶USP14被报道能抑制蛋白酶体的降解活性，并抑制自噬的发生，进而促进tau、TDP-43等致病蛋白发生异常聚集。因此，USP14被认为是治疗神经退行性疾病的潜在靶点。然而，当前仍没有高活性、高特异性的USP14抑制剂，可被用来进一步验证该靶点的有效性。本项目利用简化可靠的USP14酶活检验手段，对小分子化合物库进行高通量筛选；并对筛得的先导化合物进行逐步优化，旨在研发新型的、可用于细胞和活体水平的USP14抑制剂；最终利用该抑制剂，进一步确认USP14在神经退行性疾病中的功能，及相关靶向治疗的可行性。

USP14是哺乳动物细胞中特异性识别并剪切K48泛素链的蛋白酶，在神经退行性疾病或癌症中均可能剪切致病蛋白的K48泛素化修饰、进而抑制其经由蛋白酶体的降解，因此是疾病临床治疗的潜在靶标。已报道的小分子靶向抑制剂需要在高浓度下才能对细胞中USP14实现有效抑制，而高活性的抑制剂往往也抑制USP14以外的多种去泛素化酶。因此，本项目首先利用高通量筛选确认出多个抑制USP14的小分子化合物，进而通过药物化学手段来优化获取高活性、高特异性的先导化合物，并以其为工具进一步验证USP14作为癌症治疗靶标的潜质。.另一方面，新冠肺炎的全球性暴发导致了严重的社会危机，除用于预防传播的疫苗之外，有效的治疗药物亟待被研制。PLpro对新冠病毒在宿主细胞中的复制不可或缺，是3CL蛋白酶以外另一极具潜质的药物干预靶点。与USP14类似，PLpro也识别并剪切宿主蛋白的K48泛素链修饰。在本项目中，我们采用了研制USP14抑制剂的类似策略以及研究基础，高效地研制出高活性、高特异性的PLpro抑制剂。.这些发现分别为疾病模型中USP14的化学干预、新冠病毒PLpro抑制剂的研制提供了重要的研究工具，也为卵巢癌或新冠肺炎等疾病的新药创制提供了潜在而新颖的先导化合物。.