普渡大学黄蓉团队报道α-N-末端甲基转移酶的小分子抑制剂

蛋白质甲基转移酶通过转移辅因子S-腺苷-L-蛋氨酸 (SAM) 上的甲基，来实现组蛋白和非组蛋白的甲基化。甲基转移酶的失调与多种人类疾病的发病机制有关。因此，开发甲基转移酶的小分子抑制剂具有非常重要的意义。例如，EZH2的选择性抑制Tazemetostat 已被批准用于复发/难治性滤泡性淋巴瘤。PRMT5 抑制剂 GSK3326595 也已进入治疗急性髓细胞白血病的 II 期临床实验。

图1. NTMT1的高通量筛选及先导化合物Venglustat的验证。

α-N-末端甲基转移酶（NTMT1，也称为NRMT1或METTL11A）负责α-N端X-P-K/R 基序（X代表除D/E之外的任何氨基酸）的甲基化。NTMT1的已知底物包括RCC1、CENP-A/B、DDB2、肿瘤抑制性视网膜母细胞瘤1 (RB1)、癌蛋白SET、聚(ADP-核糖)聚合酶3 (PARP3)、Obg样ATPase1 (OLA1) 和MORF相关基因15 (MRG15)。通过在底物α-N-末端上引入甲基，NTMT1能够调节有丝分裂、染色质相互作用、DNA修复和维持基因组稳定性。此外，NTMT1在多种癌症中过表达，包括黑色素瘤、结直肠癌和宫颈癌。例如降低NTMT1的表达水平会导致HeLa细胞有丝分裂缺陷，减少HCT116结直肠癌细胞的集落形成，并下调转录因子ELK3以抑制宫颈癌细胞的迁移。同时，多项研究表明NTMT1在维持干细胞中具有调节作用。具体而言，NTMT1敲除小鼠通过 RB 蛋白的失调和神经干细胞增殖而表现出神经变性。

尽管已有NTMT1双底物抑制剂被报道，但低通透性限制了它们用于细胞水平的研究。同时，多肽类抑制剂也仅有较低（IC₅₀~50 µM）的细胞抑制作用。因此，开发具有强细胞活性的 NTMT1 小分子抑制剂具有重要的意义。

图2. 先导化合物Venglustat对39种甲基转移酶的选择性验证。

在本研究中，普渡大学药学院黄蓉（点击查看介绍）课题组通过筛选超过5万个化合物的多样化文库，发现Venglustat是NTMT1 的有效抑制剂。通过一系列生化、生物物理和细胞检测，他们验证了Venglustat能有效抑制 NTMT1的甲基转移酶活性。SAR研究表明，Venglustat的奎宁环和氟苯基部分对 NTMT1 抑制有重要贡献。NTMT1-venglustat共晶结构也支持了这一结论。此外，与其他 36 种甲基转移酶相比，Venglustat能选择性地抑制 NTMT1 的甲基转移酶活性。

值得注意的是，Venglustat（也称为 ibiglustat，Genz-682452）是神经酰胺葡萄糖基转移酶（GCS）的变构抑制剂，现用于罕见溶酶体贮积病和帕金森病的多项临床研究。该课题组的发现揭示了 NTMT1 是Venglustat的新靶标，因此需要仔细检查NTMT1 是否也在上述疾病中发挥作用。又由于Venglust是NTMT1底物竞争性抑制剂，因此有必要检查 XPK 多肽底物是否也能以变构方式调节 GCS 活性。此外，在解读Venglustat临床试验数据时，需要考虑其双重靶点的抑制作用。该课题组未来的研究将集中在结构修饰Venglustat以消除 GCS 抑制并增强对 NTMT1 的选择性抑制。

图3. 先导合物Venglustat与NTMT1的共晶结构。

这一成果近期发表在药物化学Top期刊Journal of Medicinal Chemistry 上，是该团队和NIH国家推进转化科学中心合作的成果。董广平和邓友超是文章的共同第一作者。董广平，2021年博士毕业于普渡大学药学院，主要从事α-N-末端甲基酶研究，目前就职于晶泰科技（XtalPi）。邓友超，2019年加入普渡大学药学院黄蓉课题组进行博士后研究，主要研究α-N-末端甲基及乙酰基转移酶。博士毕业于中南大学湘雅国际转化医学联合研究院，师从段燕文、沈奔和黄勇课题组，主要研究方向是利用合成生物学、有机及计算化学开发天然产物及小分子药物。邓友超博士在药物化学领域拥有超过十年的研究经验，已经在JMC杂志上连续发表四篇研究性论文。

黄蓉课题组合影（2021年12月）

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Venglustat Inhibits Protein N-Terminal Methyltransferase 1 in a Substrate-Competitive Manner

Guangping Dong, Youchao Deng, Adam Yasgar, Ravi Yadav, Daniel Talley, Alexey V. Zakharov, Sankalp Jain, Ganesha Rai, Nicholas Noinaj, Anton Simeonov, and Rong Huang*

J. Med. Chem., 2022, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c01050

黄蓉博士简介

黄蓉副教授在同济医科大学药学院获得药学学士和硕士学位（导师朱景申教授）。在同济大学医科大学药学院任教两年后，于 2001年来到普渡大学攻读药物化学博士学位，导师是Richard F. Borch教授。她主要研究酪氨酸磷酸类似物前药的设计、合成和评估，用以破坏 SH2 结构域介导的蛋白质-蛋白质相互作用。博士毕业后，她加入约翰霍普金斯大学Philip A. Cole 教授组进行博士后研究表观遗传学生物化学，在那里她开发了一种将乙酰赖氨酸模拟物定点引入蛋白质的方法，并参于组蛋白去甲基化酶学及抑制剂的研究。 2011年，她加入弗吉尼亚联邦大学药物化学系，担任助理教授。 2017 年，她作为终身副教授返回普渡大学，继续应用跨学科方法来研究甲基转移酶和乙酰转移酶的分子机制，设计合成抑制剂用来操纵表观遗传途径，并开发相关新药。

https://www.x-mol.com/university/faculty/315205