基于新型化学蛋白质组学策略的蛋白精氨酸甲基转移酶抑制剂的靶标选择性研究

Protein arginine methyltransferases (PRMTs) widely participate in diverse biological processes including epigenetic regulation and represent important anti-tumor targets. Endogenous and exogenous small organic molecules can exert multifaceted biological or pathological functions by regulating PRMTs activities. For example, the regulation by endogenous metabolites is one of manifestations of nutrient environment affecting epigenetic regulation via metabolism, whereas exogenous PRMT inhibitors are potential therapeutic treatments for cancer. Since PRMTs comprise of 9 members with distinct biological functions, assessing the selectivity of these bioactive small molecules is essential to elucidate their mechanisms of action in cell. However, the in vitro biochemical assays employing purified recombinant PRMTs failed to take into account the influence of complex cellular milieu, while the cellular phenotypic assays are not able to directly evaluate the inhibitor-target affinity. Therefore, we seek to develop novel pan- affinity probes to enrich PRMTs in lysate, and establish a new competitive quantitative chemical proteomic platform to systematically elucidate the target PRMTs of important bioactive small molecules. This work will facilitate the delineation of new mechanism of action for endogenous metabolites, repurpose the existing PRMT inhibitors for new therapeutic strategy and provide important information for the development of new selective PRMTs inhibitors.

精氨酸甲基转移酶家族（PRMTs）广泛参与包括表观遗传在内的多种生理过程，也是重要的抗肿瘤靶标。多种体内外小分子可调控PRMTs活性，因而具有重要生物学意义，如内源性代谢物对PRMTs的调控是营养环境通过代谢影响表观遗传的表现形式之一；而外源性PRMT抑制剂是肿瘤治疗的潜在手段。由于PRMTs包含9个具有不同生理功能的成员，因此系统评估小分子对不同PRMTs的选择性对阐明其分子作用机制至关重要。然而，使用纯化的PRMTs评估小分子选择性的体外生化方法忽略了生理环境中复杂因素的影响，而在细胞水平给药的表型实验难以直接测定抑制剂对靶标的亲和力。因此，本项目拟通过开发新型泛亲和探针对细胞裂解液中的PRMTs进行富集，进而利用蛋白质组学系统定量解析重要小分子在生理环境中对PRMTs的亲和力及选择性，为阐明内源性代谢物的新调控机制，发现已有抑制剂的新适应症，以及开发新型选择性抑制剂提供重要信息。

本项目以具有重要生理活性的小分子在生理环境中与PRMTs的相互作用为研究对象，利用新型化学蛋白质组学策略，开发新型探针，并基于定量蛋白质组学系统解析重要小分子与PRMTs之间的结合特性，阐明重要活性小分子的新调控机制。在本项目的支持下，研究获得了具有一定活性的双功能探针，并以此为基础，将研究工作进一步拓展到蛋白质组学的其他研究领域，1）蛋白C端系统表征方法的开发。基于新型蛋白酶LysargiNase，开发了新方法LAACTer，C端肽段鉴定的覆盖率增加了164％，并将的C端肽段的定量数目提升到为原策略的4倍。进一步开发了基于ArgN型酶切方式的新方法，使鉴定的蛋白C端肽段达到近1000个，将鉴定范围提升了50~77%。2）鉴定重要活性天然产物分析在细胞内的靶标。利用所开发的探针和定量化学蛋白质组学，鉴定了多种活性天然产物在三阴性乳腺癌细胞系中的共价结合位点，表征了其共性与个性特点，并发现天然产物PN可共价结合PRMT1和USP10，是潜在的抗肿瘤机制。