DJ-1蛋白抑制剂的分子设计、构效关系、生物活性测试及生物学作用机制研究

DJ-1 is a dimer and involves in multi physiological processes. As an oncogene,DJ-1 has been reported to be close association with the development of multiple cancers. In the current proposal, we will apply our previously discovered compounds, which can inhibit dimerization of DJ-1, as lead compounds for structure optimization and structure-activity relationship study. Based on the knowledge of rational drug design and medicinal chemistry, the work will be performed with scaffold hopping, substituents modification, molecular shape similarity, and MD simulations of ligand-protein interaction for further improving the design of compound. We also will establish 3D-QSAR model for refining drug design. The co-crystallization and site mutagenesis will be carried out to study the interaction mode of compound binding to DJ-1, and the corresponding key residues in the binding pocket of DJ-1 for further drug design. Meanwhile, biological activity mechanism will be explored by the DJ-1 inhibitor's effects on the cellular signal pathway. Based on the study results, we will confirm that DJ-1 can be a new target for the development of anti-tumor drug.

DJ-1蛋白以二聚体参与生理功能的半胱氨酸蛋白酶。作为癌基因蛋白，DJ-1的高表达与多种肿瘤发生发展密切相关，但目前尚未见其抑制剂报导并研究抗肿瘤活性。本项目以先期发现的抑制DJ-1二聚化的化合物为先导，运用合理药物设计方法，结合药物化学知识，通过骨架越迁、基团修饰、分子形态比较和配体与DJ-1相互作用模拟等设计化合物，测定抑制DJ-1二聚化活性、结合常数和抗肿瘤活性，开展构效关系研究，建立3D-QSAR模型分析分子电性和立体效应对活性的影响。基于定点突变和共结晶研究化合物与DJ-1的结合模式及相应关键氨基酸，结合NMR溶液稳定结构分析分子柔性对活性的影响，指导化合物的设计与优化。并通过研究DJ-1抑制剂抑制DJ-1生物活性对细胞周期信号通路的调节探索其生物学作用机制，阐明DJ-1抑制剂抑制DJ-1生物活性引起肿瘤细胞凋亡的理论依据，为DJ-1蛋白成为抗肿瘤药物研究新作用靶点提供理论基础。

DJ-1蛋白是由PARK7基因编码的一类肽酶C56蛋白，最初由Hiroyoshi发现的一种肿瘤基因蛋白。研究人员从NIH3T3细胞中分离得到新的cDNA，并通过逆转录得到DJ-1蛋白。在体内，该蛋白以二聚体的形式存在，并发挥重要的生理功能。研究发现，该蛋白每个单体由189个氨基酸组成，并且通过8对氢键和大量的范德华相互作用形成二聚体。在体内，DJ-1需要与相应的结合蛋白（DJBP）结合发挥生理作用。研究证实，DJ-1对氧化刺激敏感，具有神经保护作用。进一步研究表明，DJ-1在很多肿瘤细胞中过量表达，例如，卵巢癌细胞、肺癌细胞、乳腺癌细胞和白血病细胞。可能的原因是DJ-1的高表达一方面使得肿瘤细胞免受外界氧化刺激的影响而凋亡，对肿瘤细胞起到保护作用；另一方面激活与肿瘤细胞增殖相关的蛋白信号通路，例如AKT通路。虽然DJ-1的过表达与肿瘤发生发展密切相关，但是缺乏对其抑制剂的有效研究，该蛋白还未被真正确认为抗肿瘤的药用靶点。本项目中，以DJ-1蛋白潜在的结合位点为研究对象，利用虚拟筛选和体外生物活性测试得到能够有效抑制蛋白二聚化的小分子化合物。进一步的在虚拟筛选化合物的基础上进行结构改造和优化，以期得到抑制活性更好的化合物，并尝试得到化合物与DJ-1蛋白的共晶。另外，我们也对c-Met、ALK、FGFR1和FGFR4的选择性抑制剂的机理进行了计算模拟研究。通过化合物合成和生物活性测试，发现部分化合物较阳性对照有更好的抑制DJ-1二聚化的活性，并有可能与DJ-1蛋白形成共晶。通过对DJ-1活性化合物的研究，有助于进一步的对新的抗肿瘤化合物的研究提供指导意见。另外，通过计算模拟研究，解析c-Met、ALK、FGFR1和FGFR4的选择性抑制剂与相应受体的关键氨基酸相互作用模式，并对进一步的对受体选择性抑制剂的设计提供参考。