PI3Kα/钙调蛋白协调调控K-Ras4B在胰腺导管腺癌中的分子机制及靶点识别

As one of particularly deadly type of digestive malignant tumors, the diagnosis and treatment of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) becomes difficult. Currently, there is no effective therapy to treat PDAC. It is well-documented that mutation of K-Ras proto-oncogene has associated with more than 95% invasive PDAC. However, the detailed mechanism remains unclear. Based on the available experimental and clinical data, we have previously proposed that K-Ras4B is regulated by both PI3Kα and calmodulin (CaM), generating a K-Ras4B/PI3Kα/CaM trimer, which is a key player in the formation of PDAC. Here, based on this hypothesis, we use structural biology, chemical biology, computational biology and bioinformatics to obtain the precise structure of K-Ras4B/PI3Kα/CaM trimer complex and uncover the role of K-Ras4B/PI3Kα/CaM trimer in the regulation of the formation of PDAC. This study will lay the foundation for the complex of K-Ras4B/PI3Kα/CaM trimer as a new target of K-Ras4B-driven PDAC and provide a new, promising therapeutic strategy to PDAC targeted therapy.

胰腺导管腺癌 (pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)是一种恶性程度很高，诊断和治疗都很困难的消化道恶性肿瘤，目前也没有有效的靶向PDAC的治疗。研究表明K-Ras原癌基因突变导致95%以上的侵袭性PDAC发生，但是，具体机制尚未清楚。基于已报道的实验和临床数据，我们先前提出PI3Kα/钙调蛋白(calmodulin, CaM)组合调控K-Ras4B，形成K-Ras4B/PI3Kα/CaM的三元复合物，诱导PDAC的发生。本项目拟在此科学假说的前提下，通过结构生物学、化学生物学、计算生物学和生物信息学等方法，揭示精确的K-Ras4B/PI3Kα/CaM三元复合物结构模型以及阐明PI3Kα/CaM协调调控K-Ras4B，诱导PDAC发生的机制。这些研究为三元复合物作为PDAC的药物靶标提供理论依据，也为PDAC的靶向治疗提供新的解决方案。

胰腺导管腺癌 (pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)是一种恶性程度很高，诊断和治疗都很困难的消化道恶性肿瘤，目前也没有有效的靶向PDAC的治疗。研究表明K-Ras原癌基因突变导致95%以上的侵袭性PDAC发生，但是，具体机制尚未清楚。基于已报道的实验和临床数据，我们先前提出PI3Kα/钙调蛋白(calmodulin, CaM)组合调控K-Ras4B，形成K-Ras4B/PI3Kα/CaM的三元复合物，诱导PDAC的发生。项目负责人通过分子模建、分子动力学模拟、NMR和氨基酸突变实验确定CaM与PI3Kα中p85α调节亚基的cSH2和nSH2结构域之间的具体相互作用模式；识别位于K-Ras4B/PI3K蛋白-蛋白相互作用界面的隐式变构位点P4 (T20, I21,Q25, E31, I36, D38, I55)，为后续靶向K-Ras4B蛋白的变构药物研发提供指导；揭示K-Ras4B结合会诱导PI3Kα构象柔性显著变大，从而引起PI3Kα从p85与p110亚基紧密结合的自抑制状态向两亚基相互分离的激活状态的逐步转变，阐明K-Ras4B变构激活PI3K的活化机制，为设计蛋白-蛋白相互作用抑制剂分子提供了思路；揭示K-Ras4B 的Tyr32、Tyr64氨基酸残基的磷酸化修饰可引起其关键结构域(核苷结合口袋)发生构象转变，从而导致Ras内在活性的降低和与GAP、SOS、Raf等细胞信号分子相互作用的削弱；阐明泛K-Ras4B抑制剂(BAY-293)通过负反馈调节抑制PDAC细胞增值的药物作用机理。这些研究成果为K-Ras4B/PI3Kα/CaM 三元复合物作为PDAC 的药物靶标提供坚实的理论基础，也为靶向PDAC 的治疗提供新的策略。从2018年起，项目申请人发表与本项目直接相关且标注本基金资助的第一作者论文3篇，通讯作者7篇，参与作者1篇。其中超过影响因子超过10以上的4篇，超过5以上6篇，代表性论文包括发表于国际重要学术期刊ACS Catalysis、Acta Pharmaceutica Sinica B、 Pharmacology & Therapeutics、Medicinal Research Review、Computational and Structural Biotechnology Journal等。