DNA去甲基化途径关键酶Tet2的先导化合物发现及其化学干预

Dioxygenase Tet is a key enzyme involved in the dynamic DNA methylation-demethylation pathway. The disorder of genomic methylation pattern caused by Tet’s abnormal activity is directly related to the occurrence and development of many malignant tumors. However, small molecule that regulates Tet’s activity has not been discovered yet. In previous work, we developed a high-throughput drug screening system (patent pending) for Tet, and discovered several types of lead compounds targeting Tet2. Based on these results, this project will further promote the discovery of lead compounds targeting Tet family enzymes on the one hand, clarify the molecular mechanism of the previously discovered Tet2 lead compounds, and optimize its activity and selectivity by using chemical biology and drug discovery technique; On the other hand, by using such small molecules as chemical biology probes, we will carry out in vivo chemical intervention and functional regulation studies on the dynamic DNA methylation-demethylation pathway. This project will develop chemical biology probes that can be used to regulate the dynamic DNA methylation-demethylation pattern in vivo. Moreover, this project can reveal the pathogenic molecular mechanism of the dynamic DNA methylation-demethylation process in tumor with Tet enzyme as the core, and promote the anti-tumor drug discovery against this key dynamic modification pathway.

双加氧酶Tet是参与人类DNA甲基化-去甲基化动态修饰的关键酶，其活性异常所引起的基因组甲基化分布紊乱与多种恶性肿瘤的发生发展直接相关。而调控Tet活性的先导化合物小分子尚无报道。申请人在前期工作中发展了针对Tet的高通量药物筛选体系（已申报专利），并发现了多类先导化合物小分子。本项目拟基于前期成果，结合化学生物学和药物发现技术手段，一方面，全面推进Tet酶家族的先导化合物发现工作，阐明前期已发现的Tet2先导化合物的分子作用机制并进行构效优化；另一方面，以其为化学生物学探针开展针对DNA甲基化-去甲基化动态修饰的体内化学干预和功能调控研究。本项目的开展将发现可调控DNA甲基化-去甲基化动态修饰的化学生物学小分子探针工具，揭示以Tet酶为核心的DNA甲基化-去甲基化动态修饰在肿瘤中的致病分子机制，为抗肿瘤新型药物研发奠定前期理论基础和技术支持。

双加氧酶Tet是参与人类DNA甲基化-去甲基化动态修饰的关键酶，其活性异常所引起的基因组甲基化分布紊乱与多种恶性肿瘤的发生发展直接相关。目前，调控Tet活性的先导化合物小分子尚无报道。申请人在前期工作中发展了针对Tet的高通量药物筛选体系（已申报专利）。本项目基于前期成果，完成了对Tet的高通量实体化合物探针筛选工作，获得候选探针4类，并对其调控Tet酶活的活性和选择性进行了确证。为阐明其调控机理我们解析了Tet同家族成员AlKBH5和FTO与小分子化合物的复合物晶体结构，发现小分子探针以不同的构象占据了AlKBH5和FTO的酶活口袋，竞争性的抑制了酶活。基于晶体结构我们进一步开展了小分子化合物探针的构效关系优化，获得衍生物约150个，其中个别衍生物体现出了更好的活性和选择性。在本项目的支持下，申请人以通讯作者身份共发表论文7篇。这些工作为表观遗传调控的研究提供了新的化学生物学研究工具，为靶向Tet的抗肿瘤新型药物研发奠定前期理论基础和先导小分子探针。