一个可能的Rac1小分子抑制剂的机制和作用研究

Small GTPases are molecular switches that mediate the upstream cell signaling to downstream effectors. Rho family GTPases, including Rac1, function mainly through regulating rearrangement of cytoskeleton and are involved in multiple cellular activities. Several small GTPases are found over-activated in cancer samples and are considered major driving forces for cancer development. Therefore small GTPases have been for a long time considered as important therapeutic targets. However, due to their special structure and complex regulation, the development of small molecule inhibitors was rather difficult. Through a small scale screen based on the tumorsphere culture, we identified a compound being able to cause tumorsphere dissociation and cell death. Further investigation suggested that this compound might be a novel Rac1 inhibitor. We plan to investigate the molecular mechanism of Rac1 inhibition and general application of this compound in basic research as well as anti-cancer drug development.

小G蛋白是细胞内通过GDP和GTP的转换而承接上游信号并激活下游效应物的分子开关。Rac1所属的Rho家族小G蛋白主要通过调控细胞骨架重排参与多种细胞过程。多种小G蛋白被发现在肿瘤发生发展中有过度激活并发挥重要驱动作用，跟肿瘤细胞的存活、增殖以及转移都密切相关。因而，小G蛋白一直被认为是抗肿瘤药物研发的重要靶向位点。由于小G蛋白结构的特殊性和调控的复杂性，其抑制剂的研究进展缓慢。我们通过一个基于三维培养的肿瘤细胞球（tumorsphere）的筛选，获得了一个可以特异诱导tumorsphere解体和细胞死亡的小分子。进一步的生化和细胞生物学分析发现它可能是一个新的Rac1的小分子抑制剂。我们希望在本项目的支持下进一步深入探索该小分子抑制Rac1的分子机制及其在细胞生物学研究和肿瘤治疗研究中的可能应用。

Rac1所属的Rho家族小G蛋白作为分子开关，主要通过调控生长因子信号以及细胞骨架重排等参与多种细胞过程，被发现在肿瘤发生发展中发挥重要驱动作用。因而，小G蛋白一直被认为是抗肿瘤药物研发的重要靶向位点。但因其结构的特殊性和调控的复杂性，抑制剂研究进展缓慢。我们从三维培养的肿瘤细胞球（tumorsphere）入手，鉴定到一类小分子可以相对特异地打散并杀死三维培养的tumorsphere但对二维贴壁培养的同一细胞系影响有限。二维、三维培养的比较显示Rac1的活性在三维培养中显著上调，且三维培养更加依赖于Rac1的激活。细胞生物学实验显示我们的小分子能快速，特异地下调细胞中的Rac1-GTP水平，很可能是通过抑制Rac1的活性进而打散并杀死三维培养的tumorsphere。受技术限制，目前我们尚未完全解析清楚这些小分子的直接靶点，但现有结果显示小分子很可能直接作用于Rac1蛋白或其直接上游调控因子，尚需后续研究进一步解析这些问题。PROTAC是通过蛋白酶体的蛋白靶向降解技术，近年来得到飞速发展。我们与合作者构建了特异降解CDK4/6和HDAC6的PROTAC小分子，分析了它们降解靶蛋白的机制，以及它们在抑制肿瘤生长中的作用。