RNA去甲基化酶FTO的化学探针研究

m6A (6-methylation of adenine) modification has critical biological functions in each life circles of mRNA and plays vital roles in the initiation of diseases such as cancers. FTO is the core RNA demethylase, whose function study opened up the new research orientation of RNA epitranscriptomics. However, the investigation of chemical tools modulating the biofunctions of FTO have not obtained substantial progress and the high-quality chemical probes for RNA demethylase are scarce. Herein, we initiate the hit-to-probe optimization of meclofenamic acid (MA), which is a selective inhibitor of FTO demethylase reported previously through structure-guided rational design strategy. We will use these probes to identify molecular recognition mechanism that drives transcriptional repression, and modulation of FTO target selectivity in complex cell system. Finally we will get high-quality chemical probe for FTO demethylase. This project will focus on the design and optimization of small molecule inhibitors targeting FTO as well as the chemical biological characterization of FTO-selectivity, providing chemical tools for the primary biological research of m6A modification and laying the foundation for the discovery of new drugs in related fields.

m6A（腺嘌呤-6-位甲基化）修饰在mRNA生命周期的各个环节都具有关键的生物学功能，也是肿瘤等疾病发生的关键因素。FTO是核心的RNA去甲基化酶，其功能发现开辟了RNA表观转录组学研究的新方向。然而，调控FTO生物学功能的化学工具研究尚未取得实质性进展，高质量化学探针尚属空白。本课题以前期发现的FTO选择性抑制剂甲氯芬那酸（MA）为起始结构，运用结构导向的合理设计，通过高效的合成化学手段，对MA进行结构优化。在此基础上，在蛋白质水平上研究对FTO的活性抑制，揭示分子识别机制、在活细胞复杂体系中描述调控FTO去甲基化功能的靶向选择性，最终全面表征并严格遴选针对FTO去甲基化功能的高质量化学探针。本课题将聚焦FTO小分子抑制剂的设计优化以及靶向选择性的化学生物学表征，为针对m6A修饰以及相关酶的生物学基础研究提供化学工具，为相关领域的新药发现奠定基础。

作为丰度最高的内部修饰，m6A（N-甲基腺嘌呤）通过调控mRNA的各个方面从而决定细胞的命运。FTO是首例被报道的RNA去甲基化酶，它的功能研究复苏了RNA甲基化修饰为核心内容的“表观转录组学”领域。研究发现FTO具有调控基因表达的功能，并且其表达失调与多种重大疾病密切相关。因此，开展RNA去甲基化酶FTO的化学探针研究，为FTO的化学生物学功能干预研究提供酶学抑制活性强、肿瘤细胞增殖抑制能力佳、选择性好、作用机制明确的高质量化学探针十分重要。本项目以前期报道的FTO抑制剂MA为化学起点，深入分析FTO/MA的复合物晶体结构后，采用结构导向的合理药物设计和生物电子等排体替换策略，设计了一系列三环苯甲酸类FTO抑制剂，并通过简单、快速、高效的合成途径构建化学空间，合成300个化合物，为FTO去甲基功能的化学生物学研究提供化坚实的化学基础。在此基础上，综合评价了这些化合物的生化抑制活性、肿瘤细胞抑制活性、靶蛋白FTO的相互作用、胞内靶向特异性、动物药效学等，最后遴选确定靶向去甲基酶FTO的高质量化学探针FB23/FB23-2和Dac51，运用这些探针进行FTO蛋白质的化学生物学干预研究，实现了FTO抑制剂抗白血病和调控肿瘤免疫达到抗实体瘤的概念可行性验证，加速了靶向FTO抗肿瘤的概念可行性验证，促进FTO蛋白质的靶标成药性验证和“表观转录”领域原创新药的发现。