賴氨酸作為人體內(nèi)含量最為豐富的氨基酸之一，在維持蛋白質(zhì)功能和穩(wěn)定性中發(fā)揮重要的作用，因此實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)賴氨酸的共價(jià)修飾能大幅度推動疾病的病理研究以及相關(guān)藥物的開發(fā)。然而目前已經(jīng)上市的共價(jià)藥物仍以靶向蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基為主，這是因?yàn)樵谏項(xiàng)l件下，賴氨酸側(cè)鏈的氨基處于較低親核活性的質(zhì)子化狀態(tài)而難以實(shí)現(xiàn)高效地共價(jià)修飾。針對這一難題，生命過程小分子調(diào)控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室丁克課題組開發(fā)出一種新型的賴氨酸共價(jià)修飾結(jié)構(gòu)—鄰氰基苯甲醛（CNBA），CNBA能在活細(xì)胞內(nèi)高效共價(jià)修飾蛋白表面和內(nèi)部的賴氨酸側(cè)鏈殘基，為靶向賴氨酸的新型共價(jià)抑制劑的開發(fā)提供新方法。相關(guān)成果以“O?Cyanobenzaldehydes Irreversibly Modify Both Buried and Exposed Lysine Residues in Live Cells”為題發(fā)表在Journal of the American Chemical Society雜志上。
醛基和氰基作為重要的藥物官能團(tuán)，具有較好的生物相容性，因而被用于多種上市的藥物之中。此外，醛基和氨基即使在較低的pH條件下也能形成可逆的亞胺結(jié)構(gòu)，這使得生理?xiàng)l件下對質(zhì)子化的低親核性賴氨酸修飾具有一定的可行性。而具有較弱親電活性的氰基能通過鄰基效應(yīng)捕獲不穩(wěn)定的亞胺中間體并形成穩(wěn)定的環(huán)合產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)從可逆共價(jià)向不可逆共價(jià)的轉(zhuǎn)變。
基于該思路，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了CNBA在生理?xiàng)l件下對賴氨酸修飾的反應(yīng)活性和選擇性，結(jié)果證明CNBA能實(shí)現(xiàn)FKBP12的有效標(biāo)記，同時(shí)全蛋白組的修飾位點(diǎn)檢測結(jié)果說明CNBA具有非常優(yōu)異的氨基酸選擇性。且能成功標(biāo)記Jurkat細(xì)胞內(nèi)3451個(gè)的賴氨酸殘基，其中包括多個(gè)具有高反應(yīng)活性的賴氨酸殘基位點(diǎn)。
在此基礎(chǔ)上，課題組將CNBA應(yīng)用于激酶共價(jià)抑制劑中。蛋白質(zhì)組學(xué)和共晶結(jié)果表明，基于CNBA的廣譜激酶抑制劑K-CNBA-1能與Jurkat細(xì)胞內(nèi)85個(gè)激酶的保守賴氨酸形成不可逆共價(jià)作用，該結(jié)果為開發(fā)靶向激酶內(nèi)部賴氨酸的共價(jià)抑制劑提供新的方法。
進(jìn)一步地，課題組將CNBA應(yīng)用于蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用抑制劑中，基于CNBA的MDM2-p53抑制劑M-CNBA-1能與MDM2表面的94位賴氨酸形成共價(jià)作用，從而大幅度提高Nutlin類分子的抗腫瘤活性。該結(jié)果初步驗(yàn)證，利用CNBA結(jié)構(gòu)靶向蛋白表面賴氨酸能大幅提高小分子對蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用的抑制活性，因而具有廣闊的PPI共價(jià)抑制劑開發(fā)潛力和前景。
最后，課題組將CNBA應(yīng)用于ADC類分子的構(gòu)建中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CNBA作為新型的連接技術(shù)，能在不影響抗體活性的前提下快速構(gòu)建ADC類藥物分子，為后續(xù)ADC的藥物開發(fā)提供新的選擇。
總之，課題組首次報(bào)道了一類新型的活細(xì)胞內(nèi)賴氨酸選擇性修飾結(jié)構(gòu)—鄰氰基苯甲醛（CNBA），并在激酶抑制劑、蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用抑制劑和ADC分子構(gòu)建中實(shí)現(xiàn)初步驗(yàn)證。CNBA結(jié)構(gòu)的高選擇性、高反應(yīng)性、高穩(wěn)定性以及高生物相容性將使其有望用于未來的藥物開發(fā)之中。
中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命過程小分子調(diào)控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室丁克研究員和暨南大學(xué)張志民研究員為本文的通訊作者，共同第一作者分別為中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所博士生凌歡、中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所科研助理李林、暨南大學(xué)碩士生段麗萍、中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所副研究員黃維雪和南方科技大學(xué)副研究員鄭江南。
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