靶向19SRP去泛素化酶的新机制蛋白酶体抑制剂的发现与抗肿瘤研究

Development of new mechanism based antitumor drugs is an important approach for efficient tumor treatment. Proteasome have proven to be antitumor drug target, several drugs based on its hydrolysis subunits (20SCP) inhibition have entered clinical application, but their clinical application were limited owing to the narrow therapeutic window and acquired drug resistance by cancer cells. 19SRP catalyzed deubiquitin is key event of proteasome dependent degradation of target proteins, the latest literature and our preliminary results revealed that selectively inhibit the deubiqutine activity of 19SRP, can regulate survival - death balance related NF-KB/p53 signaling network of tumor cells, and lead to efficient anti-tumor effects in vivo and in vitro.Inspired by our previous findings, this project will combine the structure active PAC-T type compounds found in our previous work, with the characteristics of ubiquitinase functions, design, evaluation and discovery of new selective 19SRP related ubiquitinase inhibitors; and investigate its molecular mechanism of deubiquitinase inhibition and apopotosis; evaluate its antitumor activity in vivo and in vitro. This work will afford important basis for discovery of new generation of anticancer drugs based on proteasome 19SRP deubiquitin inhibition.

发展新机制的创新抗肿瘤药物是实现肿瘤有效治疗的重要途径。蛋白酶体是已知的抗肿瘤靶点，抑制其水解活性亚基20SCP的药物已进入临床应用，但仍存在治疗面窄及易产生耐药等不足。其19SRP亚基催化的去泛素化过程是蛋白酶体降解蛋白的关键步骤，最新报道与我们前期结果发现，选择性阻断19SRP的去泛素化功能，可实现对肿瘤生存-死亡平衡相关的NF-KB/p53信号网络的整体调控，在体内外产生明确的抗肿瘤作用，是新的蛋白酶体抑制剂设计思路。本课题拟基于此一新生长点，结合已发现活性分子的结构特征与去泛素化酶的作用特点，提出设计新结构化合物库系列；通过活性筛选，发现选择性抑制19SRP去泛素化酶的高活性先导分子；并研究其抑制去泛素化酶的分子机制；同时探索19SRP去泛素化功能抑制引发凋亡通路应答的基本规律；在体内外评价其抗肿瘤活性，为新一代基于蛋白酶体19SRP去泛素化抑制新机制的抗肿瘤药物研发提供坚实基础。

针对蛋白酶体的上市药物主要集中于抑制其水解功能亚基20S的核心颗粒，但临床应用中发现不足。文献报道与本研究组前期研究工作发现，阻断蛋白酶体中去泛素化功能亚基19S RP功能，能够机体内产生明确的抗肿瘤效应。本课题基于此，提出设计新结构化合物并通过活性筛选，发现高活性先导分子；研究其分子机制；在体内外评价其抗肿瘤活性。本课题基于上述规划，完成了研究任务，取得的主要成果如下：.1、构建并完善了包括多类型分子结构的新化合物库，同时建立了细胞水平泛素化累积筛选模型，通过活性筛选发现了一批高活性分子，揭示了其构效关系；.2、通过亚基选择性评价，揭示高活性分子优先针对于19S RP的去泛素化功能；通过分子机制与靶点鉴定，确定其高活性分子的主要作用靶点为去泛素化酶USP14；.3、发现高活性分子PT33可通过阻断IκBα去泛素化过程而抑制其降解，从而抑制NF-κB核转运过程；同时发现PT33通过阻断p53去泛素化过程而抑制其降解，从而上调及活化野生型p53激活p53信号通路；.4、发现PT33以及BTZ均可通过提高泛素化蛋白在内质网膜上的持续累积从而激活ATF-6转录介导的内质网应激凋亡通路，通过CHOP的上调和caspase-12的活化激活凋亡启动子caspase-9，最终通过caspase3/7实现肿瘤细胞凋亡；.5、通过探索蛋白酶体不同功能抑制引发凋亡通路应答规律差异，发现高活性分子PT33能够克服BTZ起效慢，以及抑制p53转录激活的缺陷；同时发现PT33还能够提高PERK的磷酸化水平，可避免Bortezomib因可激活PERK磷酸化而引发的耐药机制；PT33并不促进抗凋亡蛋白Bcl-2的上调与活化，对A549细胞Bcl-2的下调响应更明显。.本课题研究成果为新机制的抗肿瘤药物研发提供了重要基础。