上海交大药学院沈玉道课题组在J. Med. Chem.报道选择性PRMT1共价抑制剂

蛋白精氨酸甲基转移酶 1(PRMT1)是主要的 I 型PRMT，负责催化体内85%以上的精氨酸不对称双甲基化(ADMA)，与多种癌细胞的增殖、侵袭及化疗耐药密切相关。PRMTs 家族的催化结构域高度保守，导致发展PRMT1选择性抑制剂极具挑战性。已报道的PRMT1 泛抑制剂有MS023、DCPR049_12、GSK3368715等，对PRMT的其它亚型(PRMT3/4/6/8)都具有高效的抑制活性，其中GSK3368715曾进入I期临床，但因引起血栓毒副作用而终止。GSK3368715的血栓副作用来源于对PRMT1的抑制(on-target toxicity)，还是来源于对其它PRMT亚型的抑制(off-target toxicity)，机制仍不明，因此，亟须开发高选择性的PRMT1抑制剂来阐明该机制。

上海交通大学药学院沈玉道课题组在Journal of Medicinal Chemistry上发表了题为“Unique Cysteine-Directed Covalent Inhibition of PRMT1 Suppresses Breast Tumorigenesis”的研究论文，报道了高选择性、纳摩尔级PRMT1 共价小分子抑制剂 17zh(MS3-123)。该化合物精准靶向 PRMT1 独有的 Cys119 半胱氨酸残基，克服了长期以来 PRMT 家族同源性高、抑制剂脱靶严重的研发瓶颈，在乳腺癌细胞及动物模型中展现出抗肿瘤活性，为开发针对表观遗传的抗肿瘤药物研究开辟了新的途径。

对于高度序列同源性带来的挑战，开发共价抑制剂是实现亚型选择性的有效策略。序列比对显示，与其余 PRMT 亚型相比，PRMT1 的 SAM 辅因子结合口袋中存在特异的具有反应活性的半胱氨酸 Cys119，这一独特位点为差异化共价靶向提供了可能。团队基于蛋白质组学共价片段筛选获得的小分子探针 11(17a)为起始结构，首先通过蛋白质质谱，酶活性测试和分子对接模拟确定了小分子17a与 PRMT1蛋白上半胱氨酸Cys 119共价结合，对PRMT1蛋白具有抑制活性，占据辅因子SAM的结合口袋。在此结合模式的基础上进行了一系列结构优化，最终获得化合物17zh(MS3–123)，其以氯乙酰胺为共价弹头，对PRMT1抑制活性IC50 11.4 nM。时间依赖的PRMT1抑制活性动力学实验证实 17zh 为不可逆共价抑制剂，二级速率常数kinact/KI=1.52×104 M−1s−1。

图1.化合物的结构优化和构效关系研究

图2. 化合物对PRMT1蛋白的共价抑制作用

该共价抑制剂体现出对I型PRMTs家族成员表现出17至96倍的选择性，对II型PRMT5的选择性超过439倍。此外，17zh对其他非PRMT家族甲基转移酶及蛋白质组学层面亦表现出高度选择性。差示荧光扫描(DSF)、蛋白下拉实验、C119A 突变、细胞热迁移分析等多重机制验证表明，17zh共价修饰PRMT1 蛋白的Cys119半胱氨酸位点。

表1. 化合物对PRMT蛋白的亚型选择性

表2. 化合物对其他类型甲基转移酶的选择性

图3. 化合物对PRMT1蛋白的共价结合机制验证

在MDA-MB-231小鼠异种移植瘤模型中，口服给药实现52.3%的肿瘤生长抑制率，且安全性良好，展现出良好的体内药效与耐受性。

图4. 化合物的体内抗肿瘤活性和安全性

该工作得到了国家重点研发计划，上海市靶向药物前沿科学中心以及河南省自然科学基金等支持。本论文的第一作者是上海交通大学药学院博士研究生邵敏。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.6c00262

作者： 药学院 供稿单位： 药学院