基于mRNA 5'UTR G-四链体调控α-分泌酶的抗阿尔茨海默症先导化合物的发现与分子机制研究

Amyloid beta protein (Aβ) has a key role for the development of Alzheimei's disease (AD) along with gradually increased understanding of nosogenesis study of AD. Current research and development of drugs inhibiting the formation and aggregation of Aβ have been failing to achieve ideal results. So, research on anti-AD drugs based on new mechanism of inhibiting the formation of Aβ is very important. According to the latest achievements, unfolding the mRNA 5'UTR G-quadruplex of α-secretase ADAM10 would up-regulate the expression of this enzyme, further significantly decrease the formation of Aβ. According to our results of years of work on the chemical biology of Aβ and G-quadruplex and using the compounds library and acitivity screening system created by our lab, three small molecular compounds have been identified to be able to unfold the mRNA G-quadruplex. In this research, on the basis of the latest research results, we will design, synthesize and identify some new small molecules that could unfold the ADAM10 mRNA 5'UTR G-quadruplex and inhibite the formation of Aβ, and futher study the molecular mechanism of the up-regulation of α-secretase to inhibit the formation Aβ. This project might provide a more solid theoretical and experimental basis and new lead compounds for the establishment of new therapy strategy and the development of new anti-AD drugs.

随着阿尔茨海默症（AD）发病机制研究的深入，人们认识到β-淀粉样蛋白（Aβ）在AD的发生发展中起着关键作用。但是，通过直接抑制Aβ生成或聚集的抗AD药物研发并未获得理想效果。因此，探索抑制Aβ生成新机制，发现新型抗AD药物具有重要意义。最新研究发现，α-分泌酶ADAM-10 mRNA的5'非编码区的富G-序列能够形成G-四链体结构。若拆散该G-四链体，将上调该酶的表达，有效减少Aβ的生成。申请人在多年从事Aβ和G-四链体化学生物学研究基础上，筛选出三个能拆散mRNA 5'UTR G-四链体的小分子配体。本项目将在此基础上，构建针对这一新机制的药物评价体系；设计、合成并筛选出新型具有拆散ADAM-10 mRNA G-四链体和抑制Aβ生成的小分子化合物；深入研究化合物通过上调α-分泌酶表达，实现抑制Aβ生成的分子机制；为建立全新的治疗策略和发展新型抗AD治疗药物提供理论基础和先导化合物。

随着阿尔茨海默症（AD）发病机制研究的深入，人们认识到β-淀粉样蛋白（Aβ）在AD的发生发展中起着关键作用。但是，通过直接抑制Aβ生成或聚集的抗AD药物研发并未获得理想效果。因此，探索抑制Aβ生成新机制，发现新型抗AD药物具有重要意义。最新研究显示，在ADAM10基因mRNA的5′-非翻译区存在一段富G序列，其对ADAM10蛋白的翻译至关重要，当其形成G-四链体结构时，会下调蛋白的表达。因此，本项目提出了以ADAM10 5′-UTR区G-四链体形成序列（QGRS）为靶点，发展能上调ADAM10翻译的小分子化合物的抗AD药物发现新策略。本研究主要开展了以下研究内容并取得了重要结果：（1）以反义核苷酸链为工具，研究了基于ADAM10翻译调控的抗阿尔兹海默症新策略的可行性。（2）基于ADAM10 mRNA翻译调控的小分子化合物的抗AD作用研究。具体包括：运用SPR技术，对本实验室合成的7个系列化合物进行了初筛，并进一步对1-甲基喹啉系列衍生物进行了与目标RNA相互作用的系统研究，总结了构效关系；通过双荧光素酶报告基因检测技术筛选了具有ADAM10翻译上调功能的小分子配体，并以筛选得到的小分子配体24为工具，探究了细胞内通过结合ADAM10 QGRS来上调其蛋白翻译水平以减少Aβ生成的抗AD策略的可行性；系统研究了小分子配体24上调ADAM10翻译水平的作用机制。（3）设计、合成和评价了三类281个多靶点抗AD活性小分子化合物。运用多种体内外活性评价方法研究了化合物A聚集抑制、抗氧化、胆碱酶抑制、5-脂氧合酶抑制、金属离子螯合、神经细胞保护、AD小鼠记忆改善等方面的活性，总结了构效关系，探讨了代表性化合物的抗AD活性作用机制。本研究为以RNA QGRS为结合靶点上调ADAM10翻译的抗阿尔兹海默症的研发策略以及多靶点抗AD活性小分子的研发策略提供了实验依据和研究思路。