人皮瓣内切酶抑制剂的设计、筛选及抑癌活性研究

Human flap endonuclease 1 (FEN1), as a member of 5’-nuclease family, is a key enzyme in DNA replication and damage repair systems. It is highly over-expressed in some types of tumors and plays crucial role in tumorigenesis and development. Some up-regulated DNA repair elements generate resistance against radiotherapy and chemotherapy strategies, which is the bottleneck for cancer therapeutics. Based on synthetic lethality theory, our preliminary tests have validated that knockdown of FEN1 is able to inhibit cell proliferation and sensitise Temozolomide. Also, the designed and synthesised FEN1 small molecule inhibitors are able to suppress cancer cell proliferation and invasion; to promote cancer cell apoptosis. This project will perform structural-based design, synthesis, screening and optimisation of FEN1 inhibitors together with structure-activity relationship (SAR) discussions; to illustrate the impact of these inhibitors on tumor cell proliferation, apoptosis and autophagy; to study the in vivo anti-cancer activity and molecular mechanisms. This project will provide both theoretical and physical basis for development of novel targeted anti-cancer agents with high efficacy and safety.

人皮瓣内切酶 1 (FEN1)，作为一种结构特异型的5’-核酸酶，在DNA复制和修复系统中起着重要的作用。FEN1在多种癌细胞中高表达，并与癌症的发生与进展密切相关。癌细胞中某些DNA修复元素的上调是对放化疗策略产生抵抗和耐药的重要原因之一，是癌症治疗的瓶颈。基于合成致死性的抗癌原理，本课题组前期研究表明，下调癌细胞中FEN1的表达可抑制癌细胞的增殖，并增加其对替莫唑胺的敏感度；设计合成的FEN1小分子抑制剂能够抑制癌细胞增殖和侵袭，并促进癌细胞凋亡。本研究将根据FEN1蛋白质结构及作用机制设计、合成、筛选和结构优化以获得高效的FEN1小分子抑制剂，探讨其构效关系；阐明其 (单独使用或者联合其他类抗癌药物) 对癌细胞增殖、凋亡和自噬的影响及相关分子机制；探索FEN1小分子抑制剂的体内抗癌活性和作用机制。本研究将为获得高效、安全、靶向的新型抗肿瘤药提供理论和物质基础。

FEN1 (flap endonuclease 1) 作为一种结构特异型的5’-核酸酶，在DNA复制和修复系统中起着重要的作用。FEN1在多种癌细胞中高表达，并与癌症的发生、进展密切相关。癌细胞中某些DNA修复元素的上调是对放化疗策略产生抵抗的重要原因之一，是癌症治疗的瓶颈。本课题组前期研究表明，下调癌细胞中FEN1的表达可抑制癌细胞的增殖。本项目筛选FEN1小分子抑制剂，寻找先导化合物。探讨了FEN1抑制剂的构效关系；阐明其 (单独使用或者联合其他类抗癌药物) 对癌细胞增殖、凋亡和自噬的影响及相关分子机制；探索FEN1小分子抑制剂的抗癌活性和作用机制。本研究将为获得高效、安全、靶向的新型抗肿瘤药提供理论和物质基础。围绕此项目，我们发现天然黄酮类物质具有很强的FEN1的抑制活性，经过筛选发现其中的杨梅素对FEN1酶的抑制活性最强，IC50 值在纳摩尔级别。我们还筛选了多种黄酮类物质分别得到的其IC50 值，并且据此进行了构效关系分析。酶动力学抑制实验证明杨梅素是FEN1的非竞争性抑制剂。分子对接实验提示杨梅素可能通过抑制FEN1的底物DNA的“去配对化”来实现对FEN1酶活的抑制。体外细胞实验证明，FEN1敲低能够明显抑制HT-29 (人结肠癌细胞) 的增殖，而其过表达能明显促进HT-29细胞的增殖。并且杨梅素单独使用对HT-29细胞基本无抑制作用，但能够增敏紫杉醇的抗肿瘤活性，机制研究显示其能够增加紫杉醇对癌细胞造成的DNA双链断裂。此研究为首创研究，之前未见报道。相关文章已经投递到Journal of Agricultural and Food Chemistry (一区，IF=3.412)，已经于2019年01月08日接收，此外还发表SCI文章4篇。申请国家发明专利两项， 申请号为201810543813.3；201811024872.6。项目负责人受邀请撰写了一篇综述文章，《基于人皮瓣核酸内切酶抗癌策略的研究进展》，此文章已被天津科技大学学报接收录用，目前已经数字出版。本研究将为抗肿瘤药物的研发提供新的靶点，同时为获得特异性强、药效好、毒副作用小的FEN1小分子抑制剂抗肿瘤药物提供理论依据和物质基础，具有重要的科学研究意义和积极的社会效益。