胺类化合物作为组蛋白甲基化赖氨酸识别蛋白抑制剂的研究

发布时间：2019-01-11 12:16

【摘要】：表观遗传调控异常与癌症、炎症、代谢性疾病和神经精神疾病等多种疾病有着十分密切的关系。开发具有表观遗传调控功能的蛋白小分子抑制剂是当前药物研究的热点之一,如今已有四个小分子抑制剂被FDA批准上市,一个被CFDA批准上市成为药物。组蛋白甲基化赖氨酸识别蛋白(KMe Reader)是一类重要的表观遗传调控蛋白,该类蛋白在人体内共有200多种。它们的主要功能是识别染色质组蛋白上的甲基化赖氨酸这种表观遗传信号标志,并传递这种信号引起机体染色质状态变化、基因的表达、转录的激活和抑制等。然而,该家族中大多数蛋白的生物学功能、与疾病的关系以及靶点成药性仍不清楚。现阶段,KMe reader小分子探针均是其蛋白的抑制剂。开发高质量(选择性大于100倍,IC50低于100 n M)的蛋白小分子探针可以帮助阐明KMe reader的生物学功能和靶点成药性等问题:小分子探针可以灵活地干扰KMe reader与其他蛋白分子的相互作用,探究其生物学功能。另外,通过考察小分子探针与KMe reader的作用所产生的疾病特定标记物和表型的变化,研究KMe reader与疾病的关系。最后,一旦某个KMe reader被证明具有靶点成药性,其探针可以作为先导化合物用于药物化学的研究,这样能够大幅度缩短药物研发周期。目前,KMe reader蛋白抑制剂的研究处于起步阶段,仅发现了7种蛋白小分子抑制剂。同时,已发现的抑制剂的活性及选择性并不能达到高质量小分子探针的要求。本课题在总结了前期文献工作的基础上,一方面通过对已发现的L3MBTL1和53BP1抑制剂进行构效关系研究,以期提高其活性及选择性,并达到高质量小分子探针的要求;另一方面通过合成与KMe reader的结合底物相似的螺环并环胺类化合物,寻找未报道的KMe reader小分子抑制剂。第二章详细描述了7-氨基嘧啶并嘧啶酮类化合物作为KMe Reader L3MBTL1抑制剂的设计、合成与活性筛选。前期工作中,本课题组改变已报道的L3MBTL1抑制剂UNC669结构中的芳香基团,筛选出了具有良好L3MBTL1抑制活性的7-氨基嘧啶并嘧啶酮类化合物501504(IC50=1.21±0.5μM)。本论文经过对化合物501504嘧啶并嘧啶酮母核的3-位、5-位和7-位进行衍生化,合成了41个终产物来研究其构效关系。筛选结果显示:3-位衍生化导致分子的活性稍有下降;5-位衍生化也并没提高分子的活性,但我们发现了三个选择性比501504更好L3MBTL1抑制剂:2-12e[IC50=2.7±0.2μM,IC50(other KMe readers)/IC50(L3MBTL1)37]、2-12l[IC50=2.2±2.1μM,IC50(other KMe readers)/IC50(L3MBTL1)45]和2-12m[IC50=3.5±0.29μM,IC50(other KMe readers)/IC50(L3MBTL1)29]。另外,我们采用GOLD(Genetic Optimization for Ligand Docking)软件进行分子对接研究,进一步探索了这些化合物对L3MBTL1和其同源蛋白L3MBTL3之间产生选择性的原因:L3MBTL3的结合口袋中存在L3MBTL1没有的苯丙氨酸387,这个残基可能是产生选择性原因。7-位引入不同的氨基基团并没有找到对L3MBTL1有抑制活性的化合物,但是我们找到了若干与其他靶点(53BP1和PHF1)有较弱作用的化合物。总的来说,这章我们考察了7-氨基嘧啶并嘧啶酮类化合物的构效关系,并发现了三个选择性L3MBTL1抑制剂。第三章我们总结了组蛋白赖氨酸甲基化识别蛋白(KMe reader)口袋的结构共性,发现环状氨基片段可以作为甲基化赖氨酸ε-位的氨基模仿片段,具有作为KMe reader抑制剂药效团的潜力。因此,我们构建了一个螺/并环氨基片段分子库,并采用交叉筛选(cross-screening)的方法测试其对不同KMe reader的活性。在本章中,我们合成六类不同骨架的二氮杂螺环氨基片段:1,9-二氮杂螺[5.5]十一烷、1,8-二氮杂螺[5.5]十一烷、1,8-二氮杂螺[4.5]癸烷、1,7-二氮杂螺[4.5]癸烷、2,7-二氮杂螺[4.5]癸烷、2,8-二氮杂螺[5.5]十一烷。另外,我们合成了三类不同骨架的并环氨基片段:2,8-二氮杂双环[4.3.0]壬烷、3,8-二氮杂双环[4.3.0]壬烷、3,7-二氮杂双环[4.3.0]壬烷。将这些氨基片段与苯甲酰基或对苯二甲酰基连接,我们得到了27个螺环化合物和9个并环化合物。我们采用交叉筛选(cross-screening)的方法测试这些化合物在8个不同的KMe Reader上的活性,找到了7个活性化合物。值得一提的是这其中包括尚未有抑制剂报道的PHF1活性化合物——3-20(IC50=53±26μM)和3-52(IC50=39±24μM)。另外,我们选取库里22个化合物,测试了它们在浓度为50μM下对24个组蛋白甲基化转移酶(HMTs)的抑制率,发现了HMTs活性化合物3-90(SETD8 IC50=39±11μM)和3-110(EZH2 IC50=30μM)。第四章我们基于已报道的53BP1活性化合物的结构,按照两种设计思路合成了嘧啶甲酰胺和吡咯并[3,4-b]吡咯两类化合物,用于53BP1抑制剂的研究。已报道的L3MBTL3抑制剂L_6和L_7对53BP1也具有一定的活性,它们均含有邻苯二甲酰胺结构。因此,我们设计合成了3个嘧啶甲酰胺类化合物模仿此结构。另外,在前期工作中我们筛选得到3个具有53BP1活性的六氢吡咯并[3,4-b]吡咯类化合物:501798(IC50=38±7.2μM)、501799(IC50=27±1.7μM)和501801(IC50=43±22μM)。通过将这些化合物与报道的53BP1抑制剂UNC2170进行分子对接,发现在六氢吡咯并[3,4-b]吡咯类化合物中引入一个疏水基团可能提高分子的活性,依据此设计思路我们合成了22个六氢吡咯并[3,4-b]吡咯衍生物。经过对嘧啶甲酰胺类化合物进行活性筛选,发现了一个对53BP1有较弱活性的化合物4-3b(IC50=39±5μM);六氢吡咯并[3,4-b]吡咯类化合物活性正在测试当中。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R96

【参考文献】