新型双靶向组蛋白H3K4去甲基化酶抑制剂的设计、合成及生物学功能研究

Histone specific demethylase LSD1 (Lysine-specific histone demethylase 1A) and JARID1B(Lysine-specific demethylase 5B) can erase the methyl group on H3K4me1/2, H3K9me1/2 and H3K4me2/3 respectively, and regulate the downstream gene expression by modulating the chromatin structure. As reported, LSD1 and JARID1B were both overexpressed and activated in several kinds of cancers, inactivate or downregulate their activity or expression with small molecule and RNAi lead to the inhibition of the cancer cell proliferation, migration and invasion. In this project, dual LSD1/JARID1B inhibitor will be designed and synthesized based on our current work with the aid of computer assisted drug design and structure-activity relationship study, its activity and the inhibitory mechanism on LSD1 and JARID1B recombinant will be investigated in order to aid the drug design. Furthermore, role of the dual targeted inhibitor on cell proliferation will be studied in vitro and in vivo. The complement of the present proposal will help us to develop LSD1/JARID1B dual inhibitors as novel anticancer drugs and supply a new idea for dual targeted anti-cancer drug.

组蛋白赖氨酸特异性去甲基化酶LSD1和JARID1B可分别去除H3K4me1/2、H3K9me1/2和H3K4me2/3甲基，通过改变染色质结构调节下游靶基因表达，为目前抗肿瘤药物研究前沿和热点。前期文献调研证实，LSD1和JARID1B在多种肿瘤中高表达并异常激活，其特异性抑制剂或RNAi介导的低表达可抑制肿瘤细胞增殖、转移和侵袭。本项目计划在前期工作基础上优化设计并合成高效小分子LSD1/JARID1B双靶点抑制剂，通过分子水平研究小分子化合物对靶蛋白的作用机制，结合计算机模拟和构效关系分析优化合成化合物，以期获得2～3个高效双靶点小分子抑制剂。同时本项目计划研究所合成抑制剂对LSD1/JARID1B双靶点在细胞水平作用机制，抑制剂对靶蛋白下游靶基因表达的调控作用，通过调节肿瘤增殖相关蛋白的表达达到抗肿瘤目的，为今后探索以表观遗传为靶点的双靶点抗肿瘤药物的开发丰富理论基础。

表观遗传是抗肿瘤药物研究热点领域，围绕表观遗传中的组蛋白甲基化和乙酰化已有多个靶向药物上市或进入临床期研究。组蛋白赖氨酸特异性去甲基化酶LSD1和JARID1B可分别去除H3K4me1/2、H3K9me1/2和H3K4me2/3甲基，通过改变染色质结构调节下游靶基因表达，进而发挥其癌基因的作用。前期文献调研证实，LSD1和JARID1B在多种肿瘤中高表达并异常激活，其特异性抑制剂或RNAi介导的低表达可抑制肿瘤细胞增殖、转移和侵袭。本项目在前期工作基础上优化设计并合成高效小分子LSD1/JARID1B双靶点抑制剂，通过分子水平研究小分子化合物对靶蛋白的作用机制，结合计算机模拟和构效关系分析优化合成化合物，获得了4个高效双靶点小分子抑制剂，可通过抑制LSD1和JARID1B活性，调节肿瘤增殖和转移相关基因的表达，进而抑制胃癌细胞的转移和增殖，达到抗肿瘤目的，为今后探索以表观遗传为靶点的双靶点抗肿瘤药物的开发丰富理论基础。本项目主要工作内容包括以下3个方面：.1..基于基因工程、生物化学及分析化学原理，建立了基于Amplex Red和辣根过氧化物酶的LSD1抑制剂筛选模型及基于Alpha技术检测底物甲基化程度的LSD1抑制剂筛选模型；同时，利用均相时间分辨荧光原理，通过定量分析JARID1B底物的量建立了JARID1B抑制剂高通量筛选模型。.2..设计合成嘧啶并三氮唑类小分子双靶点抑制剂，其中一个化合物I-36可有效抑制LSD1及JARID1B。该化合物可逆性作用于LSD1和JARID1B，并在细胞水平抑制LSD1与JARID1B活性，上调H3K4me1/2/3的表达量，进而诱导N-Cadherin、Vimentin、Fibronectin表达量及抑制E-Cadherin表达，抑制胃癌细胞MGC-803侵袭转移。.3..设计、合成了一类可螯合金属离子的嘧啶类双靶点小分子抑制剂，其中化合物6c对LSD1及JARID1B表现出较好的选择性，而对KDM4A、KDM4C、KDM5A、KDM5C及KDM6B抑制活性较弱。化合物6c对LSD1和JARID1B呈可逆性抑制，并在细胞水平选择性抑制HER2阳性胃癌细胞NCI-N 87的增殖，对其他胃癌细胞增殖无明显抑制作用。化合物6c可浓度依赖性上调细胞内H3K4me1/2/3表达量并有效抑制NCI-N87体内增殖，有着潜在的应用前景。