组蛋白H3K9甲基化识别蛋白UHRF1新型拮抗剂发现及化学生物机制研究

UHRF1 (Ubiquitin-like with PHD and RING Finger domains 1) is a multidomain protein that plays a critical role in maintaining DNA methylation patterns through concurrent recognition of hemi-methylated DNA and histone marks by various domains, and recruitment of DNA methyltransferase 1 (DNMT1). UHRF1 is overexpressed in various cancers including breast cancer，therefore，is a potential antitumor target in epigenetic drug discovery. We have established screening technologies for UHRF1-TTD domain, and discovered a novel class of antagonist for the target. In this proposal, we plan to extend the studies to further discover cellular active and selective antagonists of UHRF1 through high-throughput screening, structure-based drug design and optimization. Furthermore, using the antagonists as chemical probe, we aim to investigate and understand the mechanisms of the UHRF1 inhibition and tumorigenesis at molecular, cellular and animal model levels by combinational approaches including structural biology, epigenetic, functional genomics and other cutting-edge technologies. Our work will pave a solid ground for developing innovative and intellectual property rights enabled epigenetic drug towards the cancer therapeutics. The overall goals of this study are to identify 2-3 small molecule lead antagonists of UHRF1, which would be invaluable chemical probes for future in-depth UHRF1 functional studies. We also aim to publish 3-5 research papers in prestigious journals, and to apply for 2-3 patents related to UHRF1 inhibition.

UHRF1是一种与细胞生长相关的核蛋白，在维持DNA甲基化过程中发挥重要作用。多项研究报道UHRF1在乳腺癌等多种癌症中过表达，因此UHRF1被认为是一个具有巨大潜力的表观遗传抗肿瘤靶点。我们前期已构建了UHRF1中TTD结构域的拮抗剂筛选平台，获得了一类全新的小分子拮抗剂。在此基础上，本项目拟使用基于结构的药物设计和优化方法，发现具有细胞活性的UHRF1特异性拮抗剂。我们还将利用结构生物学、表观遗传学、功能基因组学等技术手段，在分子、细胞和动物水平上对UHRF1抑制和肿瘤发生机理做深入研究和阐述，为发展具有创新意义和自主知识产权的表观遗传新药奠定科学基础。本项目的目标是发现2-3类具有全新骨架的拮抗UHRF1的先导化合物，为探索UHRF1功能研究提供高选择性的化学探针。发表高水平学术论文3-5篇，申请专利2-3项。

UHRF1（Ubiquitin-like with PHD and RING Finger domains 1）是一种通过识别半甲基化DNA和甲基化组蛋白，招募DNA甲基转移酶1（DNMT1），在维持DNA甲基化过程中发挥重要作用的核蛋白。UHRF1在各种实体和血液肿瘤中均存在过度表达，因此UHRF1被认为是一个具有巨大潜力的表观遗传抗肿瘤靶点，极具研究价值。.基于我们课题组已构建UHRF1中TTD结构域的拮抗剂筛选平台，获得了一类全新的小分子拮抗剂。我们通过构建克隆、蛋白纯化以及体外生化等实验，完善了UHRF1拮抗剂筛选、优化和评价平台，并获得UHRF1和DNMT1形成的蛋白复合物，但后续还需进行优化以完成晶体解析；为系统研究甲基化组蛋白识别蛋白的药物发现，我们将研究对象拓展到53BP1蛋白，同时建立53BP1-TTD蛋白的Alphascreen生物化学高通量筛选和评价体系，并获得一个有潜力的抑制剂DP308，DP308与53BP1蛋白的两个tudor结构域具有相互作用；通过药物筛选及基于结构的优化，获得了多个结构新颖的全新SMYD2和SMYD3抑制剂，并解析了SMYD2-SAM和先导化合物1的三元复合物以及SMYD3和化合物2（SAM竞争性抑制剂）的复合物晶体结构，为发展具有创新意义和自主知识产权的表观遗传新药奠定科学基础。本项目共发表SCI论文6篇，培养硕士研究生6名，已毕业2名。