PLK1 PBD结构域抑制剂的筛选与抗肿瘤机理研究

PLKs contain an N-terminal serine/threonine kinase domain and a C-terminal Polo-box region. Due to the conserved nature of the ATP-binding pocket in the family of protein kinases and other ATP-binding enzymes, the drugs that target the kinase domain might not be specific to PLK1. As PBD is unique and a specific signature of the PLK kinase family and is essential for the intracellular localization and substrate targeting of PLK1, targeting the PBD of PLK1 by selectively influencing its protein–protein interaction has been postulated as an ideal strategy to inhibit PLK1 functions. In a recent study, inhibition of PBD with these natural inhibitors showed similar phenotypic changes (chromosome congression defects, mitotic arrest, and apoptosis) as observed by the inhibitors of ATP-competitive PLK1 inhibitors .Given a high level of specificity of protein-protein interactions, the PBD may prove to be a target that allows one to achieve PLK-isoform selectivity, making it a hot spot for PLK1-specific compound screening. However, development of PBD-specific inhibitors are still in their infancy, there still leaves wide research space. In this study, we intend to adopt the assay principle of fluorescence-linked immunosorbent assay for screening new PLK1 PBD inhibitors from the microbial secondary metabolite crude extract library and natural compound library and expect to isolate 1or 2 novel lead compounds with high selectivity and favourable antineoplastic effects. As a result, our study could have significant implications for the future design of new anticancer methods and targets, and facilitate the approach for the development of novel anticancer therapies of microbial origin.

PLK家族成员的结构都包括N端的激酶结构域和C端被称作PBD的调节结构域。PLK1的激酶结构域在蛋白激酶超家族中序列和构象高度相似，使得其抑制剂专一性不高。PBD作为PLK家族独有和特定的结构，与亚细胞定位和自身活性调节有关，其抑制剂具有选择性强，广谱性低的优点。研究证实，抑制PLK1 PBD活性足以干扰PLK1的多项功能，从而达到抗肿瘤的作用。加之PLK家族不同成员的PBD对同一底物的亲和力不同，使得PBD成为了近年来寻找高选择性PLK1抑制剂的新靶点和热点。目前对PLK1 PBD抑制剂的筛选尚处于起步阶段，还有很广阔的研究空间。本研究拟通过荧光免疫吸附法与酵母模型相结合对本研究室的化合物库和发酵液库进行PLK1 PBD抑制剂的筛选，以期找到1-2个靶向PLK1 PBD具有高度专一性的新型抗肿瘤先导化合物，以期促进结抗肿瘤药物筛选的新靶点和新方法的发展，为微生物来源的药物研发提供新动力。

2017年《中国肿瘤的现状和趋势》报告显示，不论城市还是农村，癌症都是中国居民的主要死亡原因。中国肿瘤发病人数全球第一。据国际癌症研究中心(IARC)的报告预估，2030年中国预计将有487万癌症新发病例，死亡病例达到360万。作为细胞周期的主要调控者，PLK1是一个有前途的抗癌药物的靶标，其激酶结构域的抑制剂已有一些成功的临床试验，低选择性制约了其进一步发展。PLK1还可通过干扰其蛋白质相互作用域 (PBD)而抑制其活性。选择性的PBD化学抑制剂将成为探测依赖于PBD 发挥作用的PLK1功能研究的有力工具，在癌症治疗方面具有很大的优势。为期四年的课题研究中，完成了计划书中的工作任务，建立了PLK1 PBD抑制剂的荧光偏振筛选模型，对国家新药（微生物）筛选实验室的化合物库进行了高通量筛选，得到1个活性和选择性较好的PLK1 PBD小分子抑制剂T521，进行了体内外抗肿瘤活性的研究，进一步证明了PLK1 PBD作为抗肿瘤靶点的可行性。本研究成果已经撰写SCI论文发表在2017年的Oncotarget上（Yunyu Chen1,*, Jing Zhang1,*, et al. Oncotarget. 2012;8(1):1234-1246.），授权专利1项，申请专利1项。为了寻找新型的以PLK1 PBD为靶点的抑制剂，继续对本室新引进的天然和合成来源的化合物库进行筛选，得到4个阳性化合物，此部分内容已经撰写文章分别收录或投稿于核心期刊《药学学报》和《中国医药生物技术》。本研究首次证明了PLK1 PBD为苯磺酰噁唑类化合物抗肿瘤作用的靶点之一，为未来以PLK1为靶点的肿瘤的治疗提供了新的先导化合物，为靶向PLK1 PBD小分子抑制剂T521在肿瘤治疗中的应用奠定基础，也为靶向PLK1 PBD新型抗肿瘤药物的定向设计带来新的视点。