STTT丨孙毅课题组自主研发靶向UBE2F-CRL5轴的小分子抑制剂，能在肺癌中诱导肿瘤细胞凋亡并增强放射治疗敏感性

拟素化修饰作为机体重要的蛋白翻译后修饰之一，其异常活化被证实与多种恶性肿瘤的发生发展密切相关 【1, 2】。第一个靶向拟素E1激活酶的小分子抑制剂——MLN4924 (Pevonedistat)的成功研发及其在临床试验中的良好表现，有力地证实靶向拟素化通路是有效的抗肿瘤治疗方案 【3】。然而，拟素E1激活酶抑制剂不加选择地抑制了整条拟素化通路，不可避免会影响细胞的很多正常生理功能，产生细胞毒副作用。因而，研发靶向拟素化通路下游的修饰酶，可以提高小分子抑制剂的特异性和选择性，同时减少毒副作用。拟素化通路仅有2个E2耦联酶，其中UBE2M (UBC12) 通过催化Cullin 1-4的拟素化修饰，调控泛素E3连接酶CRL1-4的活性，在多种生理功能中扮演重要角色；而UBE2F选择性催化Cullin-5的拟素化修饰，选择性调控泛素E3连接酶CRL5的活性 【4 】。孙毅教授课题组前期工作发现，拟素E2耦联酶UBE2F通过促进Cullin-5拟素化修饰，活化CRL5，降解底物蛋白NOXA，从而抑制肿瘤细胞凋亡，促进其增殖 【5】。而且其高表达，与肺癌患者的不良预后相关，是一个具有吸引力的抗肿瘤治疗靶点 【5】。然而，至今尚无靶向拟素E2耦联酶UBE2F的小分子抑制剂的报道。

2022年10月17日，浙江大学医学院附属第二医院肿瘤研究所和浙江大学转化医学研究院 孙毅教授团队在 Signal Transduction and Targeted Therapy 期刊发表题为 A small molecule inhibitor of the UBE2F-CRL5 axis induces apoptosis and radiosensitization in lung cancer的研究论文，自主研发的小分子抑制剂HA-9104靶向UBE2F-CRL5轴，能诱导肺癌细胞凋亡，同时增强其对放射治疗的敏感性。

与浙江大学侯廷军教授团队合作，通过对UBE2F及UBA3蛋白晶体结构的分子动力学模拟，研究人员找到了UBE2F蛋白表面的F56和V30口袋是两者相互作用的热点区域。随后，在Specs化合物库的24万个小分子化合物中，通过计算机辅助的虚拟筛选得到162个小分子化合物，并利用细胞实验逐一进行活性筛选，找到靶向V30口袋的 iV26作为苗头化合物。以 iV26结构为基础，在郑州大学刘宏民教授团队的合作下，通过三轮以活性为基础的结构优化，最终得到先导化合物 iV26-9-10-4（命名为HA-9104），进行后续的靶点验证和活性评估。

在靶点验证过程中，研究人员通过热转变分析试验，体外纯蛋白酶促反应试验，虚拟对接评分以及突变体热稳定性和酶活性检测，显示HA-9104主要通过与UBE2F表面的V98和/或N152口袋结合，抑制UBE2F~NEDD8硫酯键形成，从而抑制Cullin-5的拟素化修饰。

在活性评估及作用机制探索过程中，研究人员发现，HA-9104一方面通过选择性降低UBE2F的蛋白水平，选择性抑制Cullin-5的拟素化修饰，抑制泛素E3连接酶CRL5活性，导致其底物蛋白NOXA因降解减少而大量积累，进而诱导细胞发生凋亡。另一方面，HA-9104通过其7-氮杂吲哚结构，与DNA形成DNA-HA-9104加合物，诱导复制应激和活性氧生成，阻滞细胞周期在G2/M期。在生物学功能上，HA-9104能有效抑制肺癌细胞的增殖和存活，在体外细胞培养和体内异种移植瘤模型中均具有放射增敏活性（图1）。

HA-9104的研发，为未来开发新的针对拟素化通过下游修饰酶的新型抗肿瘤药物提供了方向。未来的研究，将着眼于以HA-9104结构为基础的进一步结构优化，致力于寻找新的具有良好口服生物利用度的靶向UBE2F-CRL5轴的小分子抑制剂。

浙江大学孙毅教授团队的徐甜甜和郑州大学刘宏民教授团队的马启胜为论文的共同第一作者。孙毅教授为论文的通讯作者。

参考文献：

1 Zhao Y, Morgan MA, Sun Y. Targeting Neddylation pathways to inactivate cullin-RING ligases for anticancer therapy . Antioxid Redox Signal2014; 21:2383-400.

2 Zhou L, Zhang W, Sun Y, Jia L. Protein neddylation and its alterations in human cancers for targeted therapy . Cell Signal 2018; 44:92-102.

3 Soucy TA, Smith PG, Milhollen MA, Berger AJ, Gavin JM, Adhikari S, et al. An inhibitor of NEDD8-activating enzyme as a new approach to treat cancer . Nature2009; 458:732-6.

4 Huang DT, Ayrault O, Hunt HW, Taherbhoy AM, Duda DM, Scott DC, et al. E2-RING expansion of the NEDD8 cascade confers specificity to cullin modification . Mol Cell2009; 33:483-95.

5 Zhou W, Xu J, Li H, Xu M, Chen ZJ, Wei W, et al. Neddylation E2 UBE2F promotes the survival of lung cancer cells by activating CRL5 to degrade NOXA via the K11 linkage . Clin Cancer Res 2016.

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