DNA甲基转移酶I的动态调控机制及先导化合物发现研究

DNA methylation is catalyzed by DNA methyltransferases (DNMTs) and among which DNMT1 is first discovered. DNMT1 plays an important role in cancer initiation and progression. Catalytic mechanism studies and drug discovery of DNMT1 are currently important topics in the field of epigenetics. However, the questions that how the DNA substrate specifically catalyzed by DNMT1 are left to be settled and the new regulatory regions of DNMT1 are to be founded. Moreover, a number of DNMTs inhibitors have been reported but most of them suffer from the lack of specificity and have toxic side-effects . In this project, we aim to provide molecular insights into the dynamic regulatory mechanism of the functional conformation changes of DNMT1 and show it important role for DNMT1 to function. In terms of compound discovery, we have already obtained novel DNMT1 inhibitor, which has the best selectivity among DNMT1 inhibitors. Based on this condition, we will focus on the new regulatory regions of DNMT1 to design and obtain a series of novel personalized DNMT1 leading compounds. Overall, this project will not only provide novel molecular insights into dynamic regulation of DNMT1, but also lay the foundation for further development of specific DNMT1 small molecule inhibitors. Moreover, we'll provide novel personalized leading scaffolds for different kinds of cancers therapy. Finally, we are anticipating to obtain 1-2 DNMT1 lead compounds，2-3 SCI papers and 1-2 patents applications.

DNA methyltransferase 1（DNMT1）是第一个被发现的DNA甲基转移酶，其异常与多种肿瘤的发生发展密切相关。因此，针对其催化机制及药物发现的研究是目前表观遗传研究的重要内容。然而，目前DNMT1催化DNA甲基化的机制仍没有被阐明, 新的关键性调控区域有待发现。此外，现有的DNMT1抑制剂选择性差、毒副作用大。本项目将基于前期已发现的DNMT1新的关键性动态调控区域研究其调控机制，阐明其对DNMT1正常行使功能的重要性；同时基于前期获得的目前选择性最好的DNMT1抑制剂，开展针对自主发现的动态调控区域的个性化先导化合物发现研究。本项目将不仅揭示DNMT1新的动态调控机制，同时为DNMT1特异性抑制剂的开发提供理论和技术支撑，为针对多种肿瘤的治疗提供新的个性化药物先导结构。最终，拟获得DNMT1先导化合物1-2个，发表SCI论文2-3篇，申请专利1-2项。

本项目通过运用理论模拟、药物设计，结合多种生物物理、生物化学、细胞生物学及药物化学方法，开展DNA甲基转移酶I（DNMT1）蛋白调控机制及先导化合物发现研究。一方面，构建计算理论模拟平台，运用长时程动力学模拟结合突变位点验证和结构解析，不仅揭示了DNMT1全新变构调控机制，发现了新的关键调控区域，同时为DNMT1先导化合物的发现提供了新的位点和思路；另一方面，开发药物设计新方法，建立DNMT1化合物确证和评价平台，获得了新型选择性DNMT1小分子抑制剂DC_107（IC50=7.9µM），并通过化合物的优化改造，将活性提高到了180nM，完成了该系列化合物的构效关系研究及初步药效学评价，为后续化合物的开发提供新的思路和结构。与此同时，我们针对表观遗传其他重要靶标也开展了化合物发现工作，包括发现了BET家族蛋白BRD4全新骨架小分子抑制剂，以及组蛋白甲基转移酶DOT1L新型小分子抑制剂。我们利用高活性、特异性的精氨酸甲基转移酶PRMT5小分子化合物作为探针工具，开展了PRMT5在肝癌中的调控机制研究，阐明了其在疾病发生、发展中的新作用机理，为肝癌的临床治疗提供了新靶点和新的治疗方向。此外，针对核酸修饰酶缺乏化合物高通量筛选方法这一关键问题，我们开发了简单、经济、高通量的核酸修饰酶（DNMTs、TETs、ALKBH5、METTL3/14）化合物筛选方法，以加速该领域重要靶标的药物发现。研究成果在ACS Chem Biol、Theranostics、Eur J Med Chem、Acta Pharmacol Sin等杂志发表致谢本基金号的SCI论文7篇，申请专利2项。综上，本研究已顺利完成相关考核指标，发展了多种表观遗传靶标化合物筛选和确证平台，发现了多个新型小分子抑制剂，为表观遗传领域的创新药物发现奠定了一定的基础。