金属离子依赖性蛋白磷酸酶PPM1B特异性抑制剂的设计、合成及其在造血干细胞功能调节的分子机制研究

PPM1B (Protein Phosphatase，Mg2+/Mn2+ Dependent，1B) is a member of the PP2C family of Ser/Thr protein phosphatases, and have been implicated in the regulation of various cellular functions through the dephosphorylation of the serine or threonine residues on the protein substrates. The more extensive biological functions of PPM1B are still limited, especially its roles in the hematopoietic stem cell regulation, while the discovery of PPM1B inhibitors has not yet been reported. Previously, we found that HN252, a p-terpheryl compound derived from natural product, inhibited PPM1B through the screening, may be a novel PPM1B inhibitor. HN252 also present inhibition of hematopoietic stem cell (HSC) expansion in vitro. In this project, we are going to investigate the inhibitory mechanism of HN252 against PPM1B, and design and synthesize potent, specific inhibitors of PPM1B. Firstly, we will confirm that PPM1B is the main cellular target of HN252, and reveal the action modes of inhibition. Then, HN252 will be structurally modified and optimized wIth the assistance of computation and organic synthesis, from which will afford 2-4 potent inhibitors of PPM1B with high specificity. Finally, the roles of PPM1B in the HSC function regulation will be explored in detail, and its novel sunstrates will also be identified using HN252 or its derivatives as small molecule probes.

金属离子依赖性蛋白磷酸酶PPM1B是丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶PP2C家族成员之一，通过催化底物蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基去磷酸化调控细胞内多种信号通路。目前关于PPM1B更广泛生物学功能的认知还十分有限，尤其在造血干细胞功能调控方面，尚未有关于PPM1B抑制剂的报道。前期研究我们发现天然联三苯类化合物的衍生物HN252显著抑制PPM1B的活性，可能是PPM1B的特异性抑制剂。本项目将以HN252为先导，设计合成新的高效特异性PPM1B抑制剂，并以他们为探针，研究PPM1B在造血干细胞中的调控机制。首先确证PPM1B是HN252的主要作用靶点及其作用机制；然后结合计算机辅助药物设计和化学合成，对HN252进行结构修饰和优化，以期筛选得到2-4个活性强、选择性高的衍生物；最后借助HN252及其衍生物作为小分子探针，深入探索PPM1B对造血干细胞功能的调控机制，挖掘新的PPM1B催化底物蛋白。

金属离子依赖性蛋白磷酸酶PPM1B是丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶PP2C家族成员之一，通过催化底物蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基去磷酸化调控细胞内多种信号通路。目前关于PPM1B更广泛生物学功能的认知还十分有限，尤其在造血干细胞功能调控方面，尚未有关于PPM1B抑制剂的报道。本项目围绕蛋白磷酸酶PPM1B的小分子抑制剂发现及其在造血干细胞功能调节的分子机制开展研究。我们首次发掘并证实了HN252是PPM1B的特异性抑制剂，利用RNA干扰和抗体芯片等技术，确证了PPM1B是化合物HN252的作用靶标，直接靶向抑制细胞内PPM1B活性；并进一步借助该分子，通过免疫共沉淀和质谱分析，发现了4个潜在的新底物（AKT1、HSP90B、β-Catenin和BRCA1）。同时，我们利用小分子抑制剂HN252和PPM1B组织特异性敲除小鼠，揭示了PPM1B通过去磷酸化β-catenin，介导Wnt/β-catenin信号通路对HSC自我更新的分子调控机制。PPM1B的缺失或者抑制干扰Wnt/β-catenin信号通路，导致HSC自我更新受损。此外，我们还发现PPM1B在B细胞发育中具有调控作用，PPM1B的缺失导致CLP细胞增殖受损和B祖细胞向B前体细胞分化受阻，最终损伤B细胞正常分化，减少B细胞生成。机制上，我们初步发现PPM1B调控FOXO1的表达，从而调控B细胞发育。本项目研究成果一方面为后续更深入的了解和研究PPM1B生物学功能提供有效的工具分子；另一方面丰富了我们对造血干细胞功能调控和B细胞发育调控的认识，也为造血干细胞和B细胞发育异常相关白血病的诊治提供了新线索和潜在靶标，对相关基础研究和临床应用均有重要意义。