新型组蛋白赖氨酸去甲基化酶KDM5A抑制剂的设计、合成与抗肿瘤活性研究

Histone lysine demethylase KDM5A is an important regulation protein of epigenetics, which has been identified as a new anti-cancer drug target in recent years. Not only is it associated with tumorigenesis and development, but it is also an important factor that leads to resistance of many drugs currently used. So far, there is no specific KDM5A inhibitor reported. Therefore, we carried out design and screening studies of KDM5A inhibitors, and found three new KDM5A inhibitors, SCD-005, SCD-011, and SCD-036. However, their bioactivity and selectivity need to be further improved. Therefore, in the proposed project, we shall perform structural optimizations to the three KDM5A inhibitors with the aid of computer aided lead optimization methods. The newly designed compounds will be synthesized, followed by bioacitivity assays. Then three dimensional quantitative structure-activity relationship models will be developed. Based on these models, further structural modificaitons will be conducted in order to obtain highly potent and selective KDM5A inhibitors. With the most active compounds, we shall investigate their anti-tumor effects both in vitro and in vivo and their effects in overcoming drug-resistance. The mechanisms of action of anti-tumor will also be investigated using flow cytometry, western blot, and immunohistochemistry. It is expected to discover a new KDM5A inhibitor with high potency and selectivity, which could enter preclinical studies.

组蛋白赖氨酸去甲基化酶KDM5A是一种重要的表观遗传调控蛋白，是近年来才被发现和确认的新型肿瘤治疗靶标。它不仅与许多肿瘤的发生发展密切相关，也是导致多种现有肿瘤药物耐药的一个重要原因。目前国内外尚无针对KDM5A的特异性抑制剂报道。为此，我们开展了KDM5A抑制剂的设计和筛选研究，发现了三个新型KDM5A抑制剂（即SCD-005, SCD-011和SCD-036），但其活性和选择性都有待提高。本项目拟在前期研究基础上，进一步应用计算机辅助先导化合物优化方法，对上述三个抑制剂进行结构优化设计，并合成这些新设计出的化合物，测试其生物活性，通过建立结构-活性关系，对化合物进行必要的结构再修饰和优化。对活性高的化合物，开展体内外抗肿瘤活性及克服耐药的研究，利用流式细胞术、Western blot、免疫组化等技术研究其抗肿瘤作用机制。期望发现一种新型高活性、特异性的KDM5A抑制剂进入临床前研究。

组蛋白赖氨酸去甲基化酶KDM5A是一种重要的表观遗传调控蛋白，是近年来才被发现和确认的新型肿瘤治疗靶标。它不仅与许多肿瘤的发生发展密切相关，也是导致多种现有肿瘤药物耐药的一个重要原因。此前国内外尚无针对KDM5A的特异性抑制剂报道。为此，我们开展了KDM5A抑制剂的设计和筛选研究，前期发现了三个新型的KDM5A抑制剂（即SCD-005, SCD-011和SCD-036），但其活性和选择性都有待提高。项目在前期研究基础上，综合利用计算机辅助药物分子优化设计、并通过化学合成和生物活性测试等方法，获得了活性较高的新化合物Cmpd-09。该化合物对KDM5A体外酶抑制活性IC50为2.3 μM，显然活性还有待提升。我们进一步设计合成了一系列2-肼基嘧啶衍生物。体外酶抑制活性测试表明，活性最高的化合物15e，其IC50为0.22 μM。测试了15e对ZR-75-1细胞的H3K4me3甲基化状态的影响，结果表明，15e剂量依赖性地上调了H3K4me3的表达，证明该化合物可以剂量依赖性抑制细胞内KDM5A的活性。同时该化合物对KDM5A有良好的选择性。我们还使用分子对接技术，探索了化合物15e与KDM5A的结合模式。本项目的研究为靶向KDM5A的小分子靶向药物研究提供了先导化合物。