撰文丨Peng
惡性良性腫瘤抑制蛋白（p53）是最早被發現的抑癌轉錄因子之一，TP53基因的突變被報道與大多數惡性良性腫瘤的發生密切相關。與其他經典的抑癌因子的純合缺失突變不同，TP53的突變往往表現為體細胞雜合錯義突變，或者伴随着第17号染色體短臂以及第二個等位基因的缺失【1】。TP53等位基因的種系突變會導緻Li-Fraumeni綜合征，患這類疾病的患者癌症發生風險高達70-100%【2】。其錯義突變主要發生在DNA結合結構域，突變使得p53蛋白與DNA的結合能力減弱【3】。已有的結構生物學研究揭示了p53 Y220C突變體的空間構象以及潛在的藥物結合腔【4】，近年來也有研究團隊針對這一結構特點研發出小分子藥物PhiKan083，該藥物特異性地結合至p53 Y220C的腔内，增加p53 Y220C與DNA的親和性以及蛋白的熱穩定性【5，6】。然而，PhiKan083并不能将p53 Y220C的熱穩定性回補至野生型的水準，是以尋找一個更具臨床潛力的小分子共價抑制劑是目前TP53突變臨床治療的當務之急。
2022年7月，來自加州大學舊金山分校的Kevan M. Shokat教授團隊在Nature Chemical Biology雜志上分享了KRAS G12S突變體的特異性靶向共價抑制劑的研發成果。緊接着，Kevan M. Shokat團隊在10月5日于Cancer Discovery期刊發表文章A small molecule reacts with the p53 somatic mutant Y220C to rescue wild-type thermal stability，延續了其在KRAS G12S突變體上的研發思路，進一步研發出p53 Y220C突變體的小分子共價抑制劑，該小分子藥物能夠特異性地與p53 Y220C突變體結合，使其熱穩定性回補至野生型p53蛋白的水準，激活下遊基因的表達。
研究人員針對p53 Y220C在空間上形成的口袋結構設計了13個小分子藥物。研究人員首先以一個咔唑骨架為基礎進行改造，将丙烯酰胺（KG1）或氯乙酰胺（KG2）親電體連接配接至咔唑的氮原子上（如圖所示），但小分子抑制劑KG1及KG2分别表現出熱穩定性回補效果不佳和共價結合（标記）效率低的問題。是以研究人員對親和試劑進行進一步篩選，并在小分子抑制劑的上增加氫鍵供體使得其與p53 Y220C 的D228碳骨架形成氫鍵連接配接，進一步設計出小分子KG3（乙醛）、KG4（甲胺）以及KG5（酰胺），其中KG5的标記效率高達到95.2 ± 0.5%，能夠與p53 Y220C特異性地結合而不結合野生型p53蛋白。
研究人員發現KG5的标記效率有了明顯提升，但是熱穩定性回補效果仍不理想。為此，研究人員在對p53 Y220C-CL（C124S, C182S, C229S, C275S及 C277S突變後的p53 Y220C）-KG3結合複合體的晶體結構進行解析後，将可能影響結合穩定性的咔唑核心骨架更換為吲哚，經過這一設計得到的KG6（甲基丙烯酰胺），其熱穩定性有所提高，但标記效率不足。在之後的嘗試中，研究人員繼續将不同的親電體連接配接至吲哚的第四位骨架碳原子，改良得到标記效率和熱穩定性均較高的KG10（苯基哌嗪）分子。研究人員再次将核心骨架從吲哚替換為氮雜吲哚（KG11）後，發現p53 Y220C的熱穩定性得到進一步地提升。為了增強小分子與D228的互相作用，研究人員用哌啶（KG12）取代了哌嗪。最後，為了提高小分子的剛性，KG12 被進一步合成為四氫異喹啉（KG13）。至此，研究團隊最終獲得了共價标記率以及熱穩定性回補率都達到最佳效果的小分子化合物KG13。
圖 KG1-KG13 分子的結構、标記效率和熱穩定性
随後，研究人員在H1299（p53 -/-）細胞中過表達p53 Y220C并驗證KG13對p53 Y220C熱穩定性的回補效果。結果表明，KG13處理後的p53 Y220C陽性細胞，其p53 Y220C突變體的蛋白熱穩定性與野生型p53蛋白的熱穩定性相類似。KG13處理後p53 Y220C蛋白對下遊基因的表達激活也在穩定表達p53 Y220C的H1299（p53 -/-）細胞和U2OS（p53 +/+）細胞中被驗證。最後，為了證明KG13的治療潛力，研究人員利用KG13對病人來源的NUGC-4（p53 +/+）, NUGC-3（p53 Y220C/+）以及BxPC-3（p53 Y220C/-）細胞進行處理，并對下遊蛋白的表達水準、細胞的生長抑制狀況以及凋亡活性進行檢測。結果表明，KG13處理後的細胞顯示出p53 Y220C依賴的p53靶基因激活，細胞生長抑制和caspase活性增加等表型。
綜上所述，該研究報道了第一個能夠将p53突變體的熱穩定性回補至野生型水準的Y220C特異性共價化合藥物，為超過125,000名攜帶p53 Y220C突變的癌症患者提供了可能的治療方案，同時也為Li-Fraumeni綜合征患者的癌症預防治療提供了的臨床依據。研究人員稱，在未來的研究中，他們将聯合p53 Y220C穩定化合物與細胞周期抑制劑、促凋亡藥物、治療性低溫等方案，緻力于實作惡性良性腫瘤治療效果的最大化。
原文連結：
https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-22-0381
制版人：十一
參考文獻
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