肿瘤中赖氨酰氧化酶LOXL2反应机理及其分子靶点的理论研究

Cancer, nowadays, has already been the main killer to human because its incidence and mortality are rapidly growing. However, cancer treatment is one of the most difficult challenges in the world, due to its cardinal feature of genetic heterogeneity and metastasis et al. Recent years, the molecule-targeted therapy (MTT) of tumors has achieved significant advances and thus been widely accepted, becoming the most possible method to cure cancer. To this, the most important thing is to find the molecular target. Fortunately, the previous studies have shown that Lysyl oxidase-like 2 (LOXL2) is abnormally expressed in cancer cell and has significant effect during tumor progression, such as esophageal cancer. Many studies have demonstrated that LOXL2 is a valid molecule-target of tumor. However, the detail of the reaction mechanism of LOXL2 is still unclear, which is a serious problem leading to a situation whether LOXL2 can be studied deeply as molecule-target. In this project, we will systematically investigate the reaction mechanism of LOXL2, in particular relating to the esophageal cancer, by means of theoretical methods, viz. molecular dynamics (MD) simulation, quantum mechanics (QM), as well as combined quantum mechanical and molecular mechanics (QM/MM). The aims of our investigation are to unveil the detail reaction mechanism and to pinpoint the specific position of the molecular target. Moreover, experimental studies will be performed to confirm the theoretical findings. Thus, our study can eventually provide new insights into the molecular mechanism of LOXL2.

最新统计数据显示，近年全球癌症的发病率和死亡率快速增长，已成为人类主要杀手。如何有效防治癌症是对全人类的严峻挑战。最近分子靶向治疗被公认为是征服癌症的希望所在。这其中的首要环节是找到有效分子靶点。大量研究证明，赖氨酰氧化酶LOXL2在多种恶性肿瘤中异常高表达，在促进肿瘤恶性进展中发挥重要作用，已被世界上多家实验室提出是干预相关肿瘤恶性进展有效分子靶点。当前的主要问题是，关于LOXL2在肿瘤中的精细酶促反应机理尚不明确。这是关系到可否将其作为抗癌分子靶点予以深入研究的瓶颈因素。为此，在本项目中，基于申请者本人以往在酶促反应机制理论计算方面的优势积累，拟应用多种方法，即分子动力学模拟、量子力学计算，以及量子力学与分子力学相结合等方法，深刻揭示LOXL2在肿瘤中的酶促反应机理，确定其精细分子作用靶位，并设计实验予以验证，为明确LOXL2为有效的抗癌分子靶点提供充足的理论与实验依据。

近年，癌症的发生率和死亡率快速增长，分子靶向治疗是最有效的方式之一。因此，找到有效的分子靶点非常关键。研究证明，赖氨酰氧化酶LOXL2在多种恶性肿瘤中异常高表达，在促进肿瘤恶性进展中发挥重要作用，是潜在的分子靶蛋白。然而，LOXL2在肿瘤中的精细酶促反应机理尚不明确，这是关系到可否将其作为抗癌分子靶点予以深入研究的瓶颈因素。基于此，本项目首先研究了LOXL2的酶促催化反应机制，明确了LOXL2催化底物蛋白赖氨酸侧链脱氨基机制，掌握了反应过程中的中间体和过渡态，得到了每一步的反应能。其次，LOXL2中形成了17个二硫键，我们分别计算了这些二硫键的氧化还原电势，并对其进行分类，明确了二硫键与LOXL2功能的相关性。最后，我们针对LOXL2筛选了潜在的抑制剂，并通过实验验证。. 本项目应用多种计算方法，针对LOXL2分子机制进行研究，为明确LOXL2为有效的抗癌分子靶点提供了重要的理论与实验依据。在此研究中，我们获得了重要的研究结果和结论。第一，铜离子对于LOXL2催化LTQ形成至关重要，而对催化底物蛋白并非不可或缺。第二，催化反应过程中的中间体多巴醌（DPQ）具有自由基性质。第三，二硫键Cys351–Cys414是与肿瘤的侵袭和转移相关。第四，通过虚拟筛选结合实验，小分子F50972176具有明显的抑制肿瘤细胞移动的功能。. 总之，本项目针对癌症防治这一难题，围绕LOXL2这一重要金属蛋白酶，开展一系列研究，从不同尺度解释分子机制，并向临床应用延申发展。该项目研究是涉及LOXL2生物学以及临床研究的重要补充，对相关领域研究提供重要理论和实验支撑。