基于癌基因NRAS翻译调控的抗黑色素瘤先导化合物发现及作用机制研究

Abnormal activation of NRAS protein is a key role for the development of melanoma. Current research and development of drugs inhibiting the NRAS protein have been failing to achieve ideal results. So, inhibiting the activity of NRAS protein by regulation of NRAS translation is an important way for developing molecular targeted cancer therapeutics. Conservative G-quadruplex in NRAS mRNA 5′-UTR region is the molecular switch of NRAS translation, research on anti-melanoma drugs based on NRAS G-quadruplex is very important. According to the activity screening system created by our lab, we have found compound a1 that could stabilize the NRAS mRNA G-quadruplex, down regulate NRAS expression, and inhibit melanoma cell growth. In this research, on the basis of compound a1, we will design, synthesize and identify some new small molecules that could specifically bind NRAS G-quadruplex, summarize the structure-function relationship, and further study the molecular mechanism of their effect on NRAS translation and NRAS relative signal path way. This project might provide a more solid theoretical and experimental basis and new lead compounds for the establishment of new therapy strategy and the development of new anti-melanoma drugs.

癌基因NRAS的异常激活是黑色素瘤发生发展的关键因素。由于以NRAS蛋白为靶点的药物研发屡遭失败，通过NRAS基因表达调控达到抗肿瘤目的成为重要途径。NRAS mRNA 5′-UTR上保守的G-四链体被证明是调控NRAS基因翻译的“分子开关”，因此，以该G-四链体为靶点发展基于翻译调控的新型抗黑色素瘤药物研究具有重要意义。我们前期基于新型探针方法成功筛选得到能特异性结合并稳定该G-四链体的小分子化合物a1，并发现化合物a1可下调NRAS基因表达、抑制黑色素瘤细胞的生长。本项目将在此基础上，以a1为先导结构，通过设计、合成、筛选与评价，获得特异性靶向该G-四链体的优良配体，总结构效关系，揭示化合物与靶点相互作用规律，探究化合物对NRAS基因翻译及相关通路的调控作用及分子机制，发现新型抗黑色素瘤先导化合物，为基于癌基因NRAS翻译调控的抗癌药物研究新策略提供重要理论及实验依据。

癌基因NRAS的异常激活是黑色素瘤发生发展的关键因素。发展能够特异性结合并稳定NRAS mRNA 5′-UTR G-四链体，干预NRAS基因翻译及相关通路，有效抑制黑色素瘤的新型抗肿瘤活性分子，阐明该抗肿瘤策略的特点和优势是本项目的研究主线与主要研究目标。.首先，本项目应用前期基于新型探针建立的荧光置换方法，对上市药物库中1800余个分子在高内涵细胞成像系统上进行高通量筛选，发现了在细胞内外均可特异性作用于NRAS mRNA 5′-UTR G-四链体的“老药”奥替尼啶。该分子能有效抑制黑色素瘤细胞的增殖，其作用优于黑色素瘤治疗的临床药物，该“老药”具有很好的应用前景。此外，机制实验也证明奥替尼啶能有效干预NRAS基因翻译，抑制其下游通路蛋白的磷酸化，并诱导黑色素瘤细胞发生自噬与死亡。上述研究阐明了靶向NRAS G-四链体、干预NRAS基因翻译的抗黑色素瘤策略的特点和优势，为该策略提供了理论与实验依据。同时，我们也基于前期发现的喹唑啉酮类活性分子开展了一系列的设计合成与评价工作。该工作成功获得了90多个新结构化学实体分子，对其抗肿瘤活性开展了系统研究。研究发现，该系列分子可通过抑制G-四链体解旋酶促进G-四链体形成，有效抑制肿瘤细胞的增殖。该发现为基于G-四链体结构调控的抗肿瘤策略提供了新思路。此外，我们就G-四链体研究方向进行了拓展，包括通过解析RGG肽段与G-四链体的作用规律，成功发现全新G-四链体结合蛋白CIRBP，提出了基于蛋白核酸相互作用关键片段发现G-四链体结合蛋白的新思路；开发多个用于G-四链体示踪的小分子探针；拓展本项目的荧光成像方法用于APP mRNA 3′-UTR上G-四链体的研究。.本项目所取得的成果共发表标注本项目资助的SCI论文7篇，包括化学权威期刊J. Am. Chem. Soc.、药物化学专业权威期刊J. Med. Chem.等刊物。执行期间所取得的成果共申请专利4项。在本项目支持下，项目负责人也于 2019 年晋升副教授，于 2018 年获得广州市科技计划珠江新星专题，于 2019 年获广东省自然科学基金杰出青年项目。