基于片段的新型BET Bromodomain小分子抑制剂的设计、合成与生物活性研究

Bromodomains (BRDs) can specifically identify acetyl-lysine residues through protein-protein interactions. BRDs are present in diverse proteins that play key functions in chromatin organization and regulation of gene transcription. BET Bromodomain has become a novel epigenetic target which may have great therapeutic potential for cancers. In our preliminary study, we have identified three hot spots in BET Bromodomain, including KAc binding site, WPF shelf, and ZA Channel. Particularly, we have confirmed that ZA Channel is a key hot spot which is essential for the selectivity. Furthermore, we have obtained a promising lead fragment TR_43 (BRD4 IC50=2.40μM), which binds to the KAc site. The success of our preliminary study laid the foundation for further fragment-based drug design. Thus, in current study, we propose to identify active fragments for ZA Channel and WPF shelf by fragment-based method, and through fragment combination, chemical synthesis, and bioactivity evaluation, we expect to eventually identify potent and specific BET inhibitors as a potential avenue for epigenetic cancers.

Bromodomains（BRDS）通过蛋白质的相互作用可特异性地识别乙酰化赖氨酸残基。 BRDS存在于不同的蛋白质中，对染色质组织和基因转录调控起着关键的作用。BET Bromodomain已成为一个对肿瘤具有潜在治疗能力的表观遗传新靶点。在前期研究中，我们识别出BET Bromodomain存在有KAc结合区、WPF区和ZA Channel三个热点区域，其中ZA Channel是我们新发现的一个和选择性有关的热点，并且获得了一个作用于KAc结合区的先导结构片段TR_43（BRD4 IC50=2.40μM）。本项目将在前期工作的基础上，以TR_43为结构起点，运用基于片段的药物设计方法，通过对ZA Channel和WPF区适宜结构片段的发现，经过拼合进行合理的设计、化学合成，和生物活性评价，最终发现高效、高选择性的新型BET Bromodomain抑制剂，为表观遗传的抗肿瘤治疗奠定基础。

Bromodomains（BRDS）通过蛋白质的相互作用可特异性地识别乙酰化赖氨酸残基。 BRDS 存在于不同的蛋白质中，对染色质组织和基因转录调控起着关键的作用。BET Bromodomain 已成为一个对肿瘤具有潜在治疗能力的表观遗传新靶点。我们通过热点区域分析和虚拟筛选方法获得了一个作用于 KAc 结合区的先导结构片段 TR_43（BRD4 IC50 = 2.40 μM）。以 TR_43 为结构起点，运用基于片段的药物设计方法，通过合理的设计和化学合成，共计得到125个化合物并全部进行了结构确证，经分子和细胞水平的生物活性评价，最终发现了一类高活性的新型 BET Bromodomain 抗肿瘤小分子抑制剂，其中Ⅱ-2-37对BRD4(1)和BRD4(2)的IC50值分别为为58.46 nM和157.7 nM；对白血病细胞株MV4-11的IC50值为269 nM。同时建立了这类化合物全面的构效关系，后这类化合物的后续优化，奠定了重要基础。我们同时通过X-ray分别获得了Ⅱ-2-29和Ⅱ-2-39与BRD4蛋白的共结晶结构，结果显示这是一类具有全新结合模式的BRD4抑制剂，有别于目前已报道的BRD4抑制剂结合模式，这类结合模式的全新抑制剂有可能在药效上体现出其特有的优势，这都有待于我们的进一步的深入研究。最终我们挑选了体外活性较好的化合物Ⅱ-2-37进行了动物体内药代动力学评价，数据表明其半衰期为4小时，口服生物利用度F%可达到111%，结果显示出该化合物具有良好的成药性；同时该化合物在MV4-11白血病裸鼠瘤肿移植动物模型中表现良好药效，抑瘤率达到102 %，远高于阳性药，同时在高剂量依然表现出良好的安全性，展现出良好的应用前景。.综述所述，本项目采用“理论计算-化学合成-生物活性评价”的研究模式，理论与实验相结合，最终成功的发现了一类具有独特结合模式的新型BET Bromodomain抑制剂，其代表性化合物具有高活性和良好的成药性，并且在动物体内表现出良好的药效，该类化合物具有完全自主知识产权，有望成为治疗白血病的临床候选化合物，后期我们力争进行成果转化。