潜在性抗肿瘤靶标Tankyrase的新抑制剂发现及其作用机制研究

Tankyrases belong to the poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) protein superfamily, which catalyze the post-translational modification of proteins using β-NAD+ as a substrate to successively add ADP-ribose moieties onto target proteins or themselves. Tankyrases play roles in regulating a variety of cellular processes, including maintenance of the telomere length, regulation of the Wnt/β-catenin signal pathway, control of the mitotic chekpoint, and mediation of insulin-stimulated glucose uptake. The highlight of these functions makes tankyrases as attractive targets for cancer therapy. Inhibitors of tankyrases have been indicated to be a drug candidate against the cancers induced by BRCA-deficiency or deregulation of Wnt/β-catenin signaling . Here, targeting to both the catalytic and ARC domains of tankyrases, the fragment-based lead discovery (FBLD) will be mainly used to design and discovery novel, highly selective, and potent inhibitors for tankyrases.

端锚聚合酶（Tankyrase）属于聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）家族，主要通过聚腺苷二磷酸核糖基化而对特定蛋白质及自身进行翻译后修饰。近年来，随着Tankyrase在维持端粒长度、调节Wnt信号通路、调节细胞有丝分裂、影响颌骨增大症及调节胰岛素刺激的葡萄糖吸收等相关功能的不断发现，Tankyrase已成为越来越热的潜在性抗肿瘤靶标，其抑制剂有望成为抑癌基因BRCA缺失或Wnt/β-catenin信号通路失调所引起的肿瘤治疗候选药物。本项目拟靶向Tankyrase的催化结构域和识别被修饰蛋白质的ARC结构域，主要采用基于片段的先导化合物发现方法，设计与发现结构新颖、选择性高和抑制效率强的Tankyrase抑制剂。

端锚聚合酶（Tankyrase，TNKS）属于聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）家族，主要通过聚腺苷二磷酸核糖基化而对特定蛋白质及自身进行翻译后修饰。近年来，随着TNKS在维持端粒长度、调节Wnt信号通路、调节细胞有丝分裂、影响颌骨增大症及调节胰岛素刺激的葡萄糖吸收等相关功能的不断发现，TNKS已成为越来越热的潜在性抗肿瘤靶标，其抑制剂有望成为抑癌基因BRCA缺失或Wnt/β-catenin信号通路失调所引起的肿瘤治疗候选药物。本项目主要研究目标是靶向TNKS1/2发现选择性的小分子抑制剂。按项目研究计划我们首先在原核表达体系中表达和纯化获得了TNKS1、TNKS2、PARP1-4、PARP9-10、PARP12、PARP14-16催化结构域蛋白及TNKS1-ARC1和TNKS1-ARC4共14个蛋白质样品，用于后续的抑制剂筛选、选择性测试及晶体培养。随后，通过虚拟筛选和差示荧光扫描方法获得了9个抑制TNKS1在纳摩尔级别的小分子抑制剂。最后采用等温滴定量热仪和复合物晶体结构解析的方式研究不同小分子抑制剂与TNKS1/2催化结构域的作用机制。我们一共解析了15个小分子抑制剂与TNKS1、TNKS2和PARP1等PARP家族成员催化结构域结合的复合物晶体结构，为小分子抑制剂的结构优化和选择性提高提供了关键信息。因此，通过该项目的执行我们建立了靶向PARP家族成员的催化结构域的小分子抑制剂筛选及其选择性测试平台，并通过复合物晶体结构解析和结合热力学常数的测定为化合物的作用机制阐述及后续优化提供了重要支持。目前，已经发表4篇致谢该项目基金的SCI论文，另有2篇论文正在投稿中，项目中发现的小分子抑制剂相关的专利申请正在准备中。因此，基本完成了项目原定研究计划和预期目标。