开发化学小分子工具用于平滑受体的研究

发布时间：2019-11-07 07:40

【摘要】：平滑受体(SMO)属于GPCR超家族的F家族,主要介导Hedgehog(Hh)的信号通路,Hh信号的破坏会影响胚胎发育和组织再生,或者会引起基底细胞癌和髓母细胞癌等癌症,近年来SMO成为了药物开发的热门靶点,FDA相继在2012年和2015年批准上市了小分子药物Vismodegib(GDC-0449)和Sonidegib(LDE-225),用于治疗基底细胞癌。但上市不久,均发现这两种药物会产生较多副作用以及耐药性,为了进一步研究SMO的生物功能从而推动相关的药物开发,我们课题组设计了多种化学小分子工具。基于先导化合物LY2940680,我们开发了TC114,它能结合于SMO并稳定其构象,通过晶体衍射技术,成功地解析了多域SMO的结构,并达到了2.9?的晶体分辨率,此结构包含富含半胱氨酸的胞外域(CRD or ECD)、铰链区(HD)和7次跨膜区(TMD)这三个区域,多域SMO结构的解析对SMO多个结构域之间的相互关系以及Hh信号转导的研究起着指导意义。TC114对SMO具有很好的细胞活性,并且对D473H突变型的SMO仍然保持了较高的细胞活性。由于硝基化合物TC114成药性较差,因此我们结合TC114和多域SMO共结晶的结构并基于LY2940680进行了优化,设计并合成了一系列类似物,并探索了构效关系,筛选得到含苯醚基团的化合物TC658,其细胞活性达到了1.0 nM,通过TC658与SMO的对接结果探索了两者之间新的作用关系,此外候选药物TC658的开发也为克服耐药性的新药研发提供了新的策略。为了进一步研究SMO的生物功能,我们将LY2940680和荧光分子NBD结合设计了荧光探针TC618,TC618可以通过配体介导的方式实现对SMO中K395的选择性荧光标记,TC618可以后续应用到对细胞环境中SMO的标记,并借助细胞成像技术,检测SMO的运动轨迹和生物功能,为开展SMO药理学研究提供了工具分子。在本课题中,我们设计了一系列应用于SMO的化学小分子工具,这些化合物对SMO的相关致病机理研究以及后续的药物开发起了推动作用。
【图文】：

家族,蛋白,药物,细胞信号传导

第 1 章平滑受体的研究背景与进展第 1 章平滑受体的研究背景与进展G 蛋白偶联受体（G Protein Coupled Receptor），简称 GPCR，主要存在于生物中，包括酵母、领鞭虫类、动物等1，是细胞信号传导中的重要受体，扑构象为 7 次跨膜的结构，G 蛋白偶联受体在细胞内可以引起 cAMP 途径号传导，也可以通过磷脂酶 C 引起 IP3 途径的信号传导，同时也可以招募rrestin 等2。G 蛋白偶联受体广泛存在于神经系统、视觉、嗅觉、味觉、免血管系统、消化系统等，并与许多人类疾病相关，G 蛋白偶联受体是药物研重要靶点，在上市药物中，大约有 40%的药物靶标于 G 蛋白偶联受体3。

信号通路,主要功能,信号,受体

最重要的两类蛋白为鸟苷酸结合蛋白（guaninenucleotide-bindingproteins，G proteins）以及 β-arrestin7。本课题所研究的平滑受体（SmoothenedReceptor，简称 SMO），属于 G 蛋白偶联受体家族中的 F 家族。该家族还包括 10 个 Frizzled 受体和 25 个味觉受体（图 1.1）。SMO 是一个七次跨膜蛋白，主要包括 3 个结构域：富含半胱氨酸的N 端胞外域（ECD or CRD）、七次跨膜域（TMD）和 C 端胞内域（C-term）8（图1.1）。SMO 起调控组织再生和胚胎发育的作用，并与出生缺陷和癌症相关。由于SMO 受体具有适合结合小分子配体的口袋，是相关疾病药物开发的重要靶标9，并且这些 SMO 受体的功能可以通过天然的或者人工合成的小分子激动剂或者拮抗剂进行调节，这些小分子也是潜在的抗肿瘤抑制剂。近年来研究表明 SMO 具有多重构像，，虽然最近的研究提出了胆固醇是 SMO 的内源性配体的假说10，但由于缺乏足够的研究证明，所以至今未确定 SMO 的内源性配体。但外源性的小分子配体可以结合于 SMO 并且稳定活跃或不活跃的构象11。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海药物研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R91

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