靶向AML1-ETO诱导t(8;21)急性髓系白血病细胞分化的化学生物学研究

t(8;21) is one of the most common chromosomal translocations of acute myeloid leukemia (AML). The AML1-ETO fusion protein plays a key role in leukemogenesis. But so far there is no specific drug targeting AML1-ETO. Through the high-throughput fluorescence polarization screening targeting AML1-ETO and HEB interaction, we found that KI-6 could inhibit the interaction between AML-ETO and HEB and promote the degradation of AML1-ETO and induce leukemic cell differentiation. Using high-throughput small-molecule microarray screening (SMM), we identified 570 small molecules that could bind to AML1-ETO or its interacting protein complexes. In this study, we will study the mechanism of action (MOA) of KI-6 and target protein AML1-ETO. We will setup a high-throughput phenotypic screening of t(8;21) AML cell differentiation to excavate a number of new differentiation inducers targeting AML1-ETO from compounds initially screened by SMM. At last we will clarify the effect and mechanism of leukemic cell differentiation induced by the above compounds in vitro and in vivo. The study may find a number of new hits targeting AML1-ETO, and make a new breakthrough in leukemia differentiation studies.

t(8;21)是急性髓系白血病最常见的染色体易位之一，形成AML1-ETO融合蛋白在白血病发生中起关键作用，然而到目前为止缺乏靶向AML1-ETO的特异性药物。申请人前期研究发现：体外建立了针对AML1-ETO与其相互作用蛋白HEB之间相互作用的荧光偏振平台，高通量筛选发掘小分子化合物KI-6，能够抑制两者相互作用，促进AML1-ETO降解进而诱导白血病细胞分化。利用高通量的小分子芯片筛选，发现了570个可能的结合AML1-ETO蛋白复合物的小分子化合物。在此基础上，深入研究KI-6与靶蛋白AML1-ETO的作用机制；并建立诱导t(8;21)白血病分化的表型筛选模型，以期从SMM初步筛选的化合物中挖掘若干靶向AML1-ETO的新分化诱导剂；在体外和体内阐明上述小分子化合物诱导白血病分化的效应及机制。该项研究可能发现若干新的靶向AML1-ETO的先导化合物，在白血病分化研究方面取得新的突破。

t(8;21)是急性髓系白血病最常见的染色体易位之一，形成AML1-ETO融合蛋白在白血病发生中起关键作用，然而到目前为止缺乏靶向AML1-ETO的特异性药物。申请人体外建立了针对AML1-ETO与其相互作用蛋白HEB之间相互作用的荧光偏振平台，高通量筛选发掘小分子化合物KI-6，能够抑制两者相互作用，促进AML1-ETO降解进而诱导白血病细胞分化，在此基础上，深入研究KI-6与靶蛋白AML1-ETO的作用机制，及KI-6体内体外的抗白血病效应，但受限于KI-6机构改造困难，KI-6的结构优化进展缓慢。利用高通量的白血病细胞分化的表型筛选，发现了那可丁类小分子能够有效诱导急性髓系白血病细胞分化，其中小分子化合物428的活性最好。本研究进一步利用多维组学数据分析方法开展428诱导AML分化的机制研究。首先将428诱导U937细胞分化不同时间点的样品进行RNA-Seq转录组测序，提示428可能抑制嘧啶代谢通路进而诱导白血病细胞分化。其次通过化学生物学手段并探索428诱导分化的潜在分子机制和靶点，明确428与靶蛋白ETFDH结合的动力学参数、相互作用模式以及结合位点；并阐明其诱导AML细胞分化的分子机制以及ETFDH与AML临床预后的关系；利用多种AML白血病小鼠模型以及AML-PDX模型深入阐述428体内抗AML效应；进一步开展后续小分子结构优化改造，以期得到活性更佳的先导化合物。本研究旨在围绕KI-6靶向AML-ETO和428靶向ETFDH诱导AML细胞分化开展系统的化学生物学研究，揭示428作为靶向ETFDH的first-in-class小分子抑制剂，并开展靶向ETFDH诱导AML细胞分化的机制研究。通过本研究取得的原创性结果可为揭示AML的病理机制及新的潜在干预靶点提供新认知和理论依据，并有望在白血病分化治疗方面取得新的突破，促进基础成果走向临床应用，相关研究正在投稿中，并获1项国家发明专利。