天然产物Sinefungin类似物作为EHMT1/2抑制剂和结构探针的研究

Euchromatic histone methyltransferase 1/2 (EHMT1/2) mediated methylation has been shown to be pivotal for processes such as embryo development, germ cell development and meiosis, lymphocyte functioning, as well as cognition and adaptive behaviors. Genetic variations of EHMT1/2 have been associated with human diseases such as cancer, inflammatory diseases and neuro-generative disorders.Our research group used the Sinefungin, a natural analogue of S-adenosyl-L-methionine (SAM), as a model to modify the 4'-amino acid side chain into linear alkane, cycloalkane and aromatics. Initial screening against EHMT1/2 led to a highly potent inhibitor compound 4d with a Ki of 5 nM at EHMT1 and 24 nM at EHMT2 respectively. Next, we will plan to modify the structure further around compound 4d, in which the cyclohexyl group on the gamma position of 4'-side chain will be changed into other cylcoalkanes (C3-C7), cyclohexyl with different chain length and alkane introduced with nitrogen. All these compounds will be synthesized to examine the effects on EHMTs or other PKMTs and to find the key sites of interactions with the enzymes by use of CADD software.

常染色质组蛋白N甲基转移酶1/2(EHMT1/2)介导的甲基化反应对胚胎发育、生殖细胞发育和减数分裂、淋巴细胞的功能、认知和适应行为等起着至关重要的作用，其基因突变和肿瘤、感染性疾病、神经性疾病等密切相关。本课题组在前期的工作中，根据PKMTs的共同辅因子S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的天然类似物Sinefungin 的化学结构，将4'-位氨基酸侧链改成直链烷烃、环烷烃和芳香环。通过体外活性检测找到化合物4d, 其Ki值分别为5 nM (EHMT1)和24 nM (EHMT2)。接下来，本课题组根据前期的研究结果围绕化合物4d作进一步的结构修饰，将呋喃糖基4位侧链上gamma位的环己基改为其它的环烷基(C3-C7)、含有不同侧链长短的环己基、和引入氮原子，考察其对EHMTs或其他PKMTs活性的影响，并通过CADD软件模拟活性小分子化合物与EHMTs或者其他PKMTs相互作用的关键位点。

真核生物蛋白质功能的多样性是通过转录后共价修饰实现的，这些修饰包括甲基化、磷酸化、乙酰化、泛素化和ADP核糖基化等，参与的酶有DNA甲基转移酶，蛋白质甲基转移酶，蛋白质去甲基酶，组蛋白乙酰转移酶，组蛋白去乙酰酶，泛素连接酶等。其中，组蛋白甲基转移酶参与细胞分化、基因调控、DNA重组和损伤修复，它的功能失调和多种疾病相关，尤其是癌症。Sinefungin是一个核苷类的天然产物，其化学结构与辅因子腺苷甲硫氨酸（AdoMet）、它的甲基化产物腺苷高半胱氨酸（AdoHcy）非常相似，是AdoMet竞争性甲基转移酶抑制剂，拥有众多的体内和体外生物活性，包括抗病毒、抗真菌、杀阿米巴、抗寄生虫和抗肿瘤等。在前期工作中，我们以天然产物sinefungin为母核结构，设计合成系列衍生物，得到化合物4d，发现其对赖氨酸甲基转移酶EHMT1/2的抑制率在80%左右。化合物4d还具有一定的选择性，在200 μM时对其他三个甲基转移酶（DNMT1，PRMT1和SET7/9）没有明显的抑制作用。在本项目中，我们围绕化合物4d，继续设计合成了一系列不同大小的环和不同长短的碳链的衍生物，并将6-(S)和6-(R)两个异构体拆分；同时又合成了5'-去氧-5'-氨基-腺苷衍生物和1-(6'-取代基-5',6'-去氧-己-β-D-呋喃核糖基-1')-4-氨基-1H-咪唑[4,5-c]吡啶衍生物，检测这些化合物在200 μM时对EHMT1的抑制活性。结果显示，5'-去氧-5'-氨基-腺苷衍生物和1-(6'-取代基-5',6'-去氧-己-β-D-呋喃核糖基-1')-4-氨基-1H-咪唑[4,5-c]吡啶衍生物完全没有活性；大部分环烷基取代6-氨基sinefungin衍生物显示中等或高酶抑制活性。其中，以环丙基取代的衍生物6(R)-20d活性最高，它的IC50值与天然产物sinefungin相当（20d：IC50 = 21.8 μM，sinefungin：IC50 = 28.4 μM）。本项目找到的这类环烷烃取代sinefungin衍生物作为选择性EHMTs小分子糖类抑制剂，为后续的研究工作提供了基础。