人体先天免疫作用因子RNase L的抑制剂开发及作用机理研究

RNase L, a ribonuclease, plays important physiological roles in human antiviral innate immunity. Upon viral invasion, RNase L will be activated and consequently cleaves both viral and host RNA in order to prevent viral replication. It has been reported that anticancer drug Sunitinib can inhibit RNase L and further enhance anticancer viral therapy. Therefore, we propose to investigate the interactions between Sunitinib and RNase L by solving the co-crystal structure of these two molecules. Based on the structural information, we will use structure-activity-relationship (SAR) to design Sunitinib analogs and test their potency. We have obtained another potent RNase L inhibitor by screening against a kinase focused small molecule library. We will employ structure based drug discovery to discover more potent and specific inhibitors for RNase L and test their efficacy in anticancer viral therapy. Finally, we propose the structure determination for the complex of RNase L and substrate RNA in order to understand the recognition and cleavage mechanisms of RNase L in human innate immunity and to design novel small molecule modulators.

核糖核酸酶RNase L在人体抗病毒先天免疫中扮演重要角色。在病毒入侵人体时，RNase L通过降解病毒和宿主的单链RNA来阻止病毒的复制。前期研究发现，抗癌靶向药物舒尼替尼（Sunitinib）可以抑制RNase L从而增强溶瘤病毒对癌细胞的攻击效果。申请人拟研究Sunitinib与RNase L的作用机制，研究方法包括解析共晶结构，根据结构设计Sunitinib小分子结构类似物，并测试这些小分子对RNase L酶活力的影响。与此同时，申请人通过筛选，获得了一个RNase L的高活性小分子抑制剂。我们将使用结构生物学手段探索该抑制剂的作用机理，优化小分子结构并检测其在抗癌溶瘤病毒疗法中的效力。进一步地，为更好地理解RNase L对底物RNA识别和剪切的分子机制，我们将解析RNase L与底物RNA的复合物结构，为深入地理解人体先天免疫反应基本生物机制并设计创新性的调控小分子奠定基础。

RNase L是一个在人体抗病毒先天免疫中扮演重要作用的核糖核酸酶。本项目首先研究了Sunitinib（Su）对RNase L的抑制机理，深入探索抑制剂Sunitinib的构效关系；其次是筛选更高效的RNase L的抑制剂，同时解析抑制剂与蛋白的共晶结构来揭示其作用原理，获得的高效抑制剂的活性将在疾病治疗中进行测试；最后，我们尝试解析RNase L与底物RNA的共晶结构，以此来破解RNase L对RNA的降解机制，为进一步地理解人体免疫反应基本生物功能并设计创新性的调控小分子奠定基础。在研究成果方面，本项目获得Su与RNase L的共晶结构，确认了Su可以通过靶向RNase L的假性激酶结构域的ATP结合口袋对RNase L的核糖核酸酶活性进行干扰的异构抑制机制。在此基础上，本项目获得了靶向RNase L纳摩尔水平抑制活性的天然产物小分子化合物鞣花酸（Ellagicacid，EA）和其衍生物瓦隆酸双内酯（Valoneic acid dilactone, VAL），EA和VAL在细胞水平上能有效地降低RNase L对RNA的降解且无细胞毒性，同时能够逆转ADAR1缺失导致内源双链RNA激活OAS-RNase L系统引起的细胞死亡。进一步地，我们利用基于片段的药物开发方法（FBDD）获得高活性的抑制剂分子杨梅素（Myricetin，IC50=～200 μM）和金丝桃苷（Hyperoside， IC50=～2 μM）。最后，我们尝试解析RNase L与底物RNA的共晶结构，以此来破解RNase L对RNA的降解机制，为进一步地理解人体免疫反应基本生物功能并设计创新性的调控小分子奠定基础。.总之，本研究为RNase L 的化学调控提供了高活性的抑制剂小分子并解析了工作机制，对RNase L的化学生物学研究做出了贡献。本项目获得优质抑制剂小分子将进一步用于RNase L相关的生理功能及疾病发生发展过程中机制探索研究，并有潜力用于治疗RNase L表达失控的免疫疾病。