組蛋白去甲基化酶6抑制劑的發現和相關活性研究

李博志 蘇禮君 王金凱

【摘 要】為深入探討組蛋白去甲基化酶6抑制劑的相關活性，此次研究在分析KDM6去甲基化作用機制的基礎上，以已知的JMJDs強效抑制劑2，4-PCA，IOX1，GSK-J1作為先導化合物，通過‘點擊化學策略進行先導化合物的合理結構改造。并根據KDM6亞族的已知結構特征，進行抑制劑分子片段的合理設計與結構優化（SBDD），以提高小分子化合物對KDM6亞族的選擇性與抑制活性。

【關鍵詞】蛋白去甲基化酶;KDM6B;生物活性

【中圖分類號】Q55?【文獻標識碼】A【文章編號】1002-8714（2020）09-0126-01

表觀遺傳組蛋白去甲基化酶JMJDs因具有廣泛的生理活性，近年來，其相關的研究工作發展迅速，但目前包括KDM6在內的JMJDs的詳細生物學功能及與諸多生命現象之間的確切關系仍未完全闡明，而JMJD靶向探針分子的研發是解決上述問題的有效手段，此次研究主要對組蛋白去甲基化酶KDM6抑制劑的相關活性進行研究。

1 組蛋白去甲基化酶

表觀遺傳學領域中，組蛋白賴氨酸的甲基化修飾是組蛋白共價修飾的一種重要形式，可調節染色質狀態和基因表達，在包括胚胎發育、干細胞分化、DNA損傷修復、腫瘤形成發展等多種生命過程中起著重要作用[1]。組蛋白賴氨酸的甲基化修飾是一個動態可逆的過程，甲基化/去甲基化修飾過程由組蛋白甲基化轉移酶（histone methyltransferases，HMTs）與組蛋白去甲基化酶（histone lysine demethylases，KDMs）協同催化調控。組蛋白去甲基化酶JMJDs屬于金屬氧化酶，其催化過程需要二價鐵離子和α-酮戊二酸（α-KG）的共同參與[2]。目前所報道的小分子抑制劑絕大多數為底物α-酮戊二酸的競爭性抑制劑，通過模仿上述α-酮戊二酸與金屬蛋白酶的結合方式，對JMJDs的催化活性產生抑制作用。

2 組蛋白去甲基化酶KDM6B與其底物多肽的識別及結合方式

已知KDM6亞族中的KDM6A、KDM6B及KDM6C的催化結構域具有高度的同源相似性，（化合物GSK-J1對KDM6A、KDM6B及KDM6C具有相似程度的抑制活性）。為深入研究KDM6B生物活性，下面將其作為該亞族的代表性靶蛋白，進行了KDM6亞族選擇性抑制劑的合理結構設計。

根據KDM6B已知的3D結構特點，在其蛋白表面由R1246與P1388等氨基酸殘基共同構成了一狹窄的底物結合口袋，而這一特殊的口袋結構也是KDM6亞族所特有的。底物結構中的S28等氨基酸殘基片段嵌入了由R1246與P1388等氨基酸殘基所共同構成的狹窄口袋中。在該結構中，抑制劑GSK-J1的苯環側鏈部分恰好同樣嵌入了由R1246與P1388等氨基酸殘基所共同構成的狹窄口袋中，占據了該狹腔部分并競爭性的阻礙了底物與KDM6B蛋白的有效結合，從而GSK-J1對KDM6亞族產生了一定的選擇性抑制作用[3]。

3 組蛋白去甲基化酶KDM6生物活性及分子對接

目前PDB蛋白質數據庫（Protein databank）已收錄了數種KDM6B的蛋白晶體結構，通過前期大量的對接實驗比較，發現其中已解析的KDM6B與GSK-J1共聚物的蛋白晶體結構（PDB代碼：4ASK，分辨率：1.86?）可提供充足的對接空間以用于不同結構衍生物的對接實驗研究，因此本課題選取上述已解析的晶體結構作為蛋白靶點，進行了先導衍生物的對接研究工作。

在對接研究的起始階段，首先提取了KDM6B蛋白復合物晶體4ASK中的配體GSK-J1，并提取該配體進行了再次的對接實驗，以驗證對接方法的可靠性與準確性。分子對接后選取打分最高的一組與原配體分子進行疊合，發現對接的配體與原配體以相同的作用方式可近似完全疊合，其RMSD值為0.79 （小于1）。因此，實驗結果證明了該對接軟件及對接方法的可靠性與準確性。

在此基礎上，通過對接軟件對大量先導衍生物進行了能量優化及后續的對接實驗研究，發現其中含有苯環結構且具有適當長度的簡單鏈狀衍生物均能夠較好的模擬底物2-OG的作用方式，與相應的氨基酸殘基（N1400、K1381、T1387）形成氫鍵作用，同時與金屬離子產生配位作用。更重要的是，通過對接實驗發現，適當長度的側鏈片段能夠較好的模擬GSK-J1的苯環部分，使其末端的苯環以相似的伸展方式嵌入到R1246與P1388等氨基酸殘基形成的蛋白表面狹腔中。

4 結論

研發新型、高效的組蛋白去甲基化酶KDM6選擇性抑制劑，不僅可以作為有力的分子探針用于闡明KDM6的詳細生物學功能，對惡性腫瘤等重大疾病的診斷、防治及預后判斷都具有重要的指導意義，而且作為治療藥物，尤其是新型抗腫瘤藥物進行新藥開發的應用前景也十分廣闊。

參考文獻

[1] 申婕，曾志輝，楊雷，等.賴氨酸特異性去甲基化酶6A及其在白血病中的研究進展[J].中國醫學科學院學報， 2019， 41（4）：548-555.

[2] T唐宇，胡赟，羅丹，等.糖尿病環境下成骨細胞KDM6B表達的變化[J]. 四川大學學報：醫學版， 2019， 50（5）：660-665.

[3] Labban D A ， Jo S H ， Ostano P ， et al. Notch-effector CSL promotes squamous cell carcinoma by repressing histone demethylase KDM6B[J]. Journal of Clinical Investigation， 2018， 128（6）：2581-2599。