靶向蛋白质精氨酸甲基转移酶PRMT1的药物发现与机理研究

PRMT1,as the important member of protein arginine methyltransferase family, can catalyze the methylation of a variety of protein substrates except for histone. Its abnormal expression is well related with abnormal embryonic development and tumorigenesis. In addtion, it plays crucial roles in cell reprogramming. Therefore, it is of biological significance and clinical application prospect to search for selective inhibitors with good pharmaceutical properties targeted against PRMT1. However, to date, the small molecule inhibitors against PRMT1 are not potent, with poor selectivity, which greatly limits the molecular mechanism research of PRMT1 and its inhibitory mechanism research in antitumor treatment. In our study, we have established the pharmacophore models against PRMT1, as well as the molecular and celluar levels of experimental platform. Further screening and optimization of the 'lead' compounds based on our previous work would be carried on. Through the combination of the pharmacophore models,molecular docking models,scaffold hopping, structure-actvity relationship, focused combinational library design, synthesis, molecular biology and parmacology methods, more potent and selective candidates with good pharmaceutical properties are expected. We plan to obtain 2-3 anti-cancer lead candidates targeted PRMT1 specifically and publish 2-3 paper in SCI。

PRMT1是蛋白质精氨酸甲基化酶家族的重要成员，能够催化包括组蛋白在内的40多种蛋白质底物的甲基化。PRMT1表达异常与胚胎发育异常和肿瘤发生发展密切相关，它同时在细胞诱导重编程中发挥重要的作用。由于目前已经报道的靶向PRMT1的小分子抑制剂活性较差，选择性不佳，这极大地限制了PRMT1的体内外分子机制的研究及其小分子抑制剂在抗肿瘤方面的应用。因此，寻找活性高、特异性好、类药性佳的PRMT1小分子抑制剂具有重要的生物学意义和临床应用前景。在本研究中，我们将在建立好的PRMT1小分子抑制剂药效团模型和分子及细胞水平实验平台的基础上，开展PRMT1特异性抑制剂的筛选及优化工作。我们将综合运用药效团模型、分子对接、骨架跃迁、构效关系、靶向集中组合库设计与有机合成、分子生物学和药理学等方法发现和优化靶向PRMT1的特异性抑制剂，获得成药性高的抗肿瘤药物先导化合物2-3个，发表SCI 论文2-3篇。

PRMT1是蛋白质精氨酸甲基转移酶家族的重要成员，负责催化哺乳动物中>90%的精氨酸的甲基化反应。PRMT1能够催化包括组蛋白在内的40多种蛋白质底物的甲基化，参与许多重要的细胞过程，如DNA修复、RNA加工、转录调控和信号传导。现有大量研究证实，PRMT1 表达异常与胚胎发育异常和肿瘤发生发展密切相关，它同时在细胞诱导重编程中发挥重要的作用。由于目前已报道的靶向 PRMT1 的小分子抑制剂活性较差，选择性不佳，这极大地限制了PRMT1的体内外分子机制研究及其小分子抑制剂在抗肿瘤方面的应用。因此，寻找活性高、选择性好、类药性佳的 PRMT1的小分子抑制剂具有重要的生物学意义和临床应用前景。在本研究中，我们首先运用药效团模型、分子对接、骨架聚类等计算机辅助药物设计的方法，对SPECS商业数据库进行虚拟筛选；接下来，使用时间分辨荧光技术和AlphaLISA方法对挑选出的潜在候选小分子进行测定，得到IC50值为17.9 μM 及26.2 μM的DCLX069和DCLX078两个活性化合物；这两个化合物具有较好的选择性及癌细胞抑制活性，为后期进一步的改造提供了优质的骨架分子。在PRMT1结构-功能的机制研究中，我们通过分子动力学模拟的方法比较单体与二聚体PRMT1的动力学行为，探究二聚化过程对 PRMT1 催化甲基化活性的影响。当PRMT1以单体形式存在时，二聚臂部分弯向β桶结构域，而N末端结构较为稳定且SAM 口袋处于关闭的状态；而当 PRMT1 以二聚体形式存在时，二聚臂处于相对稳定的状态，而N端由于空间位阻的关系反而不够稳定使得SAM口袋体积增大。接着通过计算二聚臂与 N 末端的动态相关系数，结合图论中最短路径的算法计算存在于这两个结构域间的变构信息传递通路。最后，通过突变体Kd 值测定及 Native 胶实验，我们发现突变体以单体形式存在时，其结合 SAM 的能力降低，相应地催化活性也大幅度下降。这证实二聚化引起的二聚臂构象变化通过通路上的关键氨基酸对SAM 的结合及催化甲基化反应产生影响。由于二聚化是 PRMT 家族共有的特征，通路上关键氨基酸在整个家族中也相对保守，这为揭示整个精氨酸甲基转移酶的催化机制，提供了线索和启示。