全新靶向G9a/GLP 的共价抑制剂

研究表明，甲基转移酶（methyltransferase）催化的赖氨酸（lysine）甲基化在基因调控方面发挥着重要的作用。因此，甲基转移酶的的异常表达通常和一些人类疾病（包括癌症和发育障碍）高度相关。其中，G9a是一类被广泛研究的甲基转移酶，它和其高度同源类似物GLP可以催化组蛋白3赖氨酸9（H3K9）的单甲基及双甲基化。近期研究报道表明G9a的过度表达可以诱发多种疾病，包括癌症、阿尔茨海默氏症、镰刀型贫血（Sickle-cell disease）和普瑞德威利综合症（Prader-Willi syndrome）等等。因此，研发针对G9a的小分子抑制剂对相关疾病的治疗具有广泛的前景。西奈山伊坎医学院（Icahn School of Medicine at Mount Sinai）的金坚教授（点击查看介绍）课题组是G9a小分子抑制剂研究领域的先驱，发表了大量相关的研究工作，例如发现了第一个G9a/GLP化学探针UNC0638 （Nat. Chem. Biol. 2011），以及第一个适合动物实验的G9a/GLP小分子抑制剂UNC0642 （J. Med. Chem. 2013）。

近日，金坚教授的研究团队在Journal of Medicinal Chemistry 杂志上在线发表研究论文，首次报道了能够选择性抑制G9a和GLP催化活性的小分子共价抑制剂MS8511（8）。这个小分子抑制剂表现出比以往报道的可逆抑制剂更优秀的活性，体现了共价抑制剂的优势。金坚教授和熊彦博士为本文的共同通讯作者，金坚教授是生物医药公司CULLGEN的联合创始人，Kwang-Su Park博士和熊彦博士为本文的共同第一作者。

与传统的可逆抑制剂相比，共价抑制剂通常具有：（1）更高的活性，（2）更低的给药量，（3）优秀的选择性，（4）更好的耐药性，以及（5）靶向一些“不可靶向”目标。因此，共价抑制剂在药物研发中占据着越来越重要的位置。金坚课题组在共价抑制剂研究方面具有丰富的经验。基于课题组之前发表的G9a分子探针UNC0638与G9a的共晶结构，该团队发现G9a氨基酸残基半胱氨酸1098（Cys1098）处于UNC0638与G9a结合位点附近。

图1. UNC0638与G9a的共晶结构表明UNC0638与G9a的Cys1098有4.1埃。

通过一系列的共价弹头筛选，该团队成功地研发出全新的G9a/GLP小分子共价抑制剂1 和MS8511（8）。质谱实验表明这两个化合物能够快速有效地与G9a/GLP形成共价复合物。此外，通过不同时间点的质谱检测，发现相较于GLP，MS8511能够更快地共价修改G9a。在体外酶活性测试中，相比于GLP，MS8511能够更好地抑制G9a的酶活性, 这是之前的G9a/GLP小分子抑制剂所不具备的。

图2. 质谱实验表明化合物1和MS8511（8）能够快速有效共价加成G9a (B， C，D)。并且不同时间点的测试实验表明MS8511更倾向共价修改G9a（E）以及抑制G9a酶活性（F）。

此外，该团队还成功解析了化合物1分别与G9a和GLP形成的共晶结构。这些共晶结构清晰地表明了化合物1分别与G9a的Cys1098，GLP的Cys1186形成共价键。共晶结构和之前的质谱实验有力地证明了化合物1和MS8511作为共价抑制剂的作用机制。

图3. 化合物1分别与G9a和GLP形成共晶结构。

接下来，该团队对MS8511进行了进一步的评估。MS8511（8）具有高度的专一性，对21种其他的甲基转移酶都没有抑制作用。在MDA-MB-231和K562两类肿瘤细胞中，MS8511（8）都能够有效地抑制H3K9me2，并且表现出比传统G9a/GLP可逆抑制剂UNC0642更好的活性。在抑制K562细胞生长能力的实验中，MS8511（8）具有比UNC0642更高的抑制肿瘤细胞生长能力。

图4. MS8511表现出优秀的选择性和细胞活性。

综上所述，金坚团队通过之前的共晶结构，首次设计合成了两个G9a/GLP共价抑制剂1 和MS8511（8）。通过对这两个共价抑制剂的评估鉴定，揭示了MS8511具有比传统非共价抑制剂UNC0642更加优良的体外及细胞活性，为今后G9a/GLP生理病理功能的研究提供了一种非常有价值的化学探针， 也进一步体现出共价抑制剂在药物研发中的优势。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Discovery of the First-in-Class G9a/GLP Covalent Inhibitors

Kwang-Su Park, Yan Xiong*, Hyerin Yim, Julia Velez, Nicolas Babault, Prashasti Kumar, Jing Liu, and Jian Jin*

J. Med. Chem., 2022, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c00652

导师介绍

金坚

https://www.x-mol.com/university/faculty/311500