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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 潛在癌癥治療靶標(biāo)RSK2激酶的新型靶向抑制劑發(fā)現(xiàn)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 我們針對(duì)主要的癌癥靶標(biāo)RSK2激酶的N端進(jìn)行了同源模建，并在優(yōu)化后的RSK2 NTKD模型的基礎(chǔ)上針對(duì)商業(yè)化合物庫(kù)Maybridge 進(jìn)行了高通量的虛擬篩選，對(duì)購(gòu)買的26個(gè)化合物進(jìn)行體外生物活性測(cè)試后，得到7個(gè)活性較好的抑制劑，其IC50值的范圍為2.4μM ~ 14.45μM，為新藥的研制奠定基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 癌癥是威脅人類生命健康的最重大的疾病之一。在各種疾病中，惡性腫瘤的死亡率高居第二位，僅次于心腦血管病。雖然隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，以手術(shù)及放、化療為主要方法的癌癥治療手段有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，是由于癌癥發(fā)病作用機(jī)理復(fù)雜，治療難度極大，因此尋找高效、低毒的小分子抗癌藥物一直是當(dāng)今癌癥治療領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。 絲氨酸、蘇氨酸以及酪氨酸殘基的磷酸化過(guò)程是真核生物細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)以及進(jìn)行正常的細(xì)胞周期調(diào)控的最主要的機(jī)制。Ras-MAPK激酶通路對(duì)調(diào)控細(xì)胞正常分裂、生存、生長(zhǎng)以及分化過(guò)程起著極為重要的作用，該通路中許多激酶蛋白的突變或者過(guò)表達(dá)往往會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的生成。p90核糖體S6激酶（RSK）家族處于Ras-MAPK通路的下游。RSK激酶蛋白特異性的磷酸化胞內(nèi)及核內(nèi)許多細(xì)胞周期相關(guān)的下游蛋白，從而起到調(diào)控細(xì)胞生命周期的功能。其中RSK2可以特異性的磷酸化底物蛋白上面的蘇氨酸和絲氨酸殘基，其很多底物蛋白本身就是被集中研究的癌癥治療靶點(diǎn)。RSK2亞型被證實(shí)在人類乳腺癌和前列腺癌細(xì)胞中的表達(dá)量明顯增長(zhǎng)，另外RSK2在骨髓瘤細(xì)胞的造血轉(zhuǎn)移過(guò)程中也起著關(guān)鍵作用。 國(guó)外制藥公司及科研單位已有數(shù)個(gè)RSK2抑制劑進(jìn)入臨床前或臨床研究，而國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)此方面的報(bào)道。 本課題采用計(jì)算機(jī)模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)等技術(shù)手段， 建立RSK2的三維結(jié)構(gòu)及篩選平臺(tái)；發(fā)現(xiàn)了7個(gè)具有創(chuàng)新性的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先導(dǎo)化合物，其IC50值的范圍為2.4μM ~ 14.45μM；并針對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化及修飾；結(jié)合分子、細(xì)胞生物學(xué)等方法進(jìn)行作用機(jī)理及小分子誘導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的研究。為我國(guó)的創(chuàng)新藥物的研制奠定基礎(chǔ)并貢獻(xiàn)力量。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的是發(fā)現(xiàn)新型的RSK2激酶抑制劑，為我國(guó)的創(chuàng)新藥物的研制奠定基礎(chǔ)并貢獻(xiàn)力量。 思路是通過(guò)同源模建的方法建立RSK2 N 端激酶域的三維結(jié)構(gòu)。在優(yōu)化好的模型的基礎(chǔ)上采用多策略的虛擬篩選的方法針對(duì)商業(yè)化合物庫(kù)Maybridge 中的化合物進(jìn)行高通量的虛擬篩選。接著對(duì)挑選出來(lái)的候選化合物進(jìn)行體外生物活性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)新型的RSK2激酶抑制劑，為先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)改造提供思路。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 研究體系創(chuàng)新：本項(xiàng)目旨在針對(duì)重要的癌癥治療靶標(biāo)RSK2 激酶篩選結(jié)構(gòu)新穎的小分子抑制劑。 研究方法創(chuàng)新：本項(xiàng)目發(fā)展建立的多策略靶向虛擬篩選平臺(tái)，從分子對(duì)接、藥效團(tuán)匹配以及三維相似性搜尋三個(gè)不同的角度進(jìn)行篩選，彌補(bǔ)單一的篩選策略的不足，降低假陽(yáng)性率，提高真實(shí)抑制劑分子的命中率。 研究手段創(chuàng)新：采用計(jì)算機(jī)分子模擬和分子、細(xì)胞生物學(xué)相結(jié)合的方法。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本項(xiàng)目擬從藥物研發(fā)上游階段進(jìn)行創(chuàng)新，發(fā)現(xiàn)其新型小分子及天然產(chǎn)物抑制劑，占領(lǐng)此類藥物研發(fā)的制高點(diǎn)。本課題擬采用計(jì)算機(jī)模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)等技術(shù)手段， 建立RSK2的三維結(jié)構(gòu)及篩選平臺(tái)；發(fā)現(xiàn)若干具有創(chuàng)新性的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先導(dǎo)化合物；并針對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化及修飾；結(jié)合分子、細(xì)胞生物學(xué)等方法進(jìn)行作用機(jī)理及小分子誘導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的研究。為我國(guó)的創(chuàng)新藥物的研制奠定基礎(chǔ)并貢獻(xiàn)力量。
學(xué)術(shù)論文摘要
- P90核糖體S6激酶2(RSK2)被證實(shí)在人類乳腺癌、前列腺癌及肺癌細(xì)胞中的表達(dá)量明顯增長(zhǎng)，它屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶家族，是潛在的癌癥治療靶標(biāo)。 RSK2含有兩個(gè)激酶域(NTKD and CTKD)，可以被結(jié)合在這兩個(gè)激酶域中的ATP活性位點(diǎn)的不同的小分子所抑制。由于缺少RSK2蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，本文主要通過(guò)利用同源模建的方法和逐步限制性優(yōu)化的方法來(lái)建立RSK2 NTKD（殘基68-327）模型。在通過(guò)分子對(duì)接的方法評(píng)估過(guò)部分已報(bào)道的抑制劑和優(yōu)化后模型的結(jié)合模式后，針對(duì)商業(yè)化合物庫(kù)進(jìn)行基于結(jié)構(gòu)的虛擬篩選，7個(gè)新型的RSK2激酶抑制劑被發(fā)現(xiàn)，其IC50 值的變化范圍是2.4μM ~ 14.45μM。通過(guò)分析這些化合物的結(jié)合模式，為先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)改造提供思路。
獲獎(jiǎng)情況
- 2010.11.26-28 南京 中國(guó)藥科大學(xué)第三屆 全國(guó)大學(xué)生藥苑論壇 論文“基于同源模建和分子對(duì)接方法發(fā)現(xiàn)新型RSK2激酶抑制劑”發(fā)表獲得“創(chuàng)新成果”獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- 專利號(hào)：201110067389.8
參考文獻(xiàn)
- [1] Clark, D. E. et al. The serine/threonine protein kinase, p90 ribosomal S6 kinase, is an important regulator of prostate cancer cell proliferation. [J],Cancer Res. 2005, 65,3108-3116. [2] Nguyen, T. L., Targeting RSK: an overview of small molecule inhibitors. Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry 2008, 8, 710-716. [3] Nguyen, T. L.; Rick, G.; Smith., J. A., Homology model of RSK2 N-terminal kinase domain, structure-based identification of novel RSK2 inhibitors, and preliminary common pharmacophore. Bioorganic & Medicinal Chemistry 2006, 14, 6097–6105. [4] Kang, S. et al. FGFR3 activates RSK2 to mediate hematopoietic transformation through tyrosine phosphorylation of RSK2 and activation of the MEK/ERK pathway.[J],Cancer Cell, 2007, 12, 201–214.
同類課題研究水平概述
- 癌癥是威脅人類生命健康的最重大的疾病之一。在各種疾病中，惡性腫瘤的死亡率高居第二位，僅次于心腦血管病。雖然隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，以手術(shù)及放、化療為主要方法的癌癥治療手段有了長(zhǎng)足的進(jìn)展；但是由于癌癥發(fā)病作用機(jī)理復(fù)雜，治療難度極大，因此尋找高效、低毒的小分子抗癌藥物一直是當(dāng)今癌癥治療領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。我國(guó)至今尚未開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)的一類抗癌新藥，因此為了打破國(guó)外制藥公司在癌癥治療領(lǐng)域的壟斷，有必要加強(qiáng)我國(guó)在這一領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力和投入。 Ras-MAPK激酶通路對(duì)調(diào)控細(xì)胞正常分裂、生存、生長(zhǎng)以及分化過(guò)程起著極為重要的作用，該通路中許多激酶蛋白的突變或者過(guò)表達(dá)往往會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的生成。p90核糖體S6激酶（RSK）家族處于Ras-MAPK通路的下游，該家族包含四個(gè)蛋白亞型：RSK1~4。RSK激酶蛋白特異性的磷酸化胞內(nèi)及核內(nèi)許多細(xì)胞周期相關(guān)的下游蛋白， 從而起到調(diào)控細(xì)胞生命周期的功能。 其中RSK2可以特異性的磷酸化底物蛋白上面的蘇氨酸和絲氨酸殘基，其很多底物蛋白本身就是被集中研究的癌癥治療靶點(diǎn)：如Myt1、GSK-3以及BAD等；RSK2亞型被證實(shí)在人類乳腺癌、前列腺癌及肺癌細(xì)胞中的表達(dá)量明顯增長(zhǎng)，另外RSK2在骨髓瘤細(xì)胞的造血轉(zhuǎn)移過(guò)程中也起著關(guān)鍵作用，因此被認(rèn)為是與癌癥發(fā)病關(guān)系最為密切的RSK激酶亞型并且作為新一代抗癌藥物靶點(diǎn)引起了國(guó)際制藥公司廣泛的重視和研究。 從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，RSK2由兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域組成：C端激酶域（CTKD）主要參與RSK2的自身磷酸化過(guò)程；N端激酶域（NTKD）則參與底物蛋白的磷酸化過(guò)程。這種特殊的分子結(jié)構(gòu)為研究人員提供了兩個(gè)潛在的藥物結(jié)合位點(diǎn)：分別位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的ATP結(jié)合位點(diǎn)，數(shù)個(gè)位點(diǎn)選擇性ATP競(jìng)爭(zhēng)性RSK2抑制劑也已見(jiàn)諸報(bào)道，其中禮來(lái)公司的NTKD特異性的RSK2抑制劑Enzastaurin已經(jīng)進(jìn)入了三期臨床，而我國(guó)暫無(wú)此類研究。根據(jù)廣為接受的相似的化合物具有相似活性的假設(shè)，大量的結(jié)構(gòu)已知的RSK2抑制劑模板為基于相似性的新的抑制劑的設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。而已經(jīng)報(bào)道的RSK2激酶NTKD部分的同源模建結(jié)構(gòu)以及CTKD部分的晶體結(jié)構(gòu)則為基于受體結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助RSK2抑制劑的設(shè)計(jì)和篩選提供了便利。
