為表觀遺傳學靶標開發(fā)化學探針

結(jié)構(gòu)基因組聯(lián)盟 (Structural Genomics Consortium, SGC) 成立于 2004 年，其目標是解析與人類疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。從那時起，該組織的使命不斷擴展，以公開共享資源和知識為手段，推進新藥的發(fā)現(xiàn)進程。最初，SGC 有兩處基地，分別在多倫多大學(加拿大)和牛津大學(英國)?，F(xiàn)在，SGC 蓬勃發(fā)展，在全球建立更多基地，包括卡羅琳斯卡醫(yī)學院(瑞典)、北卡羅來納大學教堂山分校(美國)、法蘭克福大學(德國)、坎皮納斯州立大學(巴西)和蒙特利爾神經(jīng)科學研究所(加拿大麥吉爾大學)。SGC 與全球各地的九家制藥公司和數(shù)以百計的大學研究人員坦誠合作，為達成科研目標而努力。所有研究成果均全面共享，沒有知識產(chǎn)權(quán)限制。

2009 年，借助我們在結(jié)構(gòu)生物學領(lǐng)域的優(yōu)勢，SGC 推出了一個計劃，用以開發(fā)靶向表觀遺傳學蛋白質(zhì)的小分子抑制劑和拮抗劑，也就是化學探針。對于 SGC 所有專注于開發(fā)化學探針的計劃而言，結(jié)構(gòu)生物學都是重要組成部分。例如，在表觀遺傳學化學探針計劃開始時，SGC 只擁有大約 44 個蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，它們是一些具有布羅莫結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)、甲基轉(zhuǎn)移酶和甲基賴氨酸解讀蛋白質(zhì)。如今，SGC 在這些蛋白質(zhì)家族中已經(jīng)擁有超過 400 個晶體結(jié)構(gòu)，總的晶體結(jié)構(gòu)擁有量接近 2100 個。SGC 還進一步建立了多個不同渠道來共享這些數(shù)據(jù)，包括 Chromohub 和 Target Enabling Package 等。

化學探針開發(fā)：化學探針的開發(fā)方式是迭代式的，其過程包括體外篩選、?靶點結(jié)合確認和藥物化學優(yōu)化，直到找到藥效達到 < 100 nM 的活性化合物。迭代過程包括單點濃度篩選、量效關(guān)系確認、構(gòu)效關(guān)系 (SAR) 和初步選擇性檢驗。之后的步驟是評估在細胞中的效價(和/或靶標親和)。第一次試驗時活性化合物很少能達到細胞效價標準。體外篩選和藥物化學優(yōu)化將持續(xù)進行，直至開發(fā)出能達到細胞活性標準的高效化合物。SGC 將化學探針定義為符合以下標準的小分子：

體外 IC50 或 Kd < 100 nM

> 30 倍的同族蛋白質(zhì)選擇特異性

1 μM 濃度下具有顯著靶向細胞活性

為了盡可能降低脫靶的意外效應，SGC 還致力于為每種化學探針尋找一種化學構(gòu)型匹配的陰性對照。對照物會經(jīng)過與化學探針同樣嚴格的體外選擇性和細胞活性評估。探針和對照物均會受到一系列選擇性篩選，其中包含 119 種細胞膜受體、離子通道和激酶，此篩選過程通過北卡羅來納大學和歐陸科技集團的精神促動藥物篩選計劃 (Psychoactive Drug Screen Program, PDSP) 進行。

每種化學探針都來自 SGC 制藥公司合作伙伴中藥物化學家或?qū)W術(shù)研究人員的坦誠合作，他們同意在學術(shù)研究界免費共享這些分子。到目前為止，SGC 化學探針計劃已經(jīng)研制出 40 多種選擇性化學探針，能夠拮抗或抑制表觀遺傳學靶標的特定結(jié)構(gòu)域：https://www.thesgc.org/chemical-probes。

SGC 成功發(fā)現(xiàn)了能修改((脫)甲基化，乙?；?或結(jié)合(甲基/乙酰化賴氨酸)組蛋白 H3 和 H4 的蛋白質(zhì)化學探針。值得注意的是，WDR5 和 EED 的賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶拮抗劑引起了研究人員的較大興趣，因為它們最終能夠通過一種別構(gòu)機制分別抑制 MLL1(可寫入 H3K4me3 標記)和 PRC2(可寫入 H3K27me3)。PRC2 是一個很好的例子，其中的甲基轉(zhuǎn)移酶抑制作用即可直接發(fā)生(通過 EZH2/H1)，也可別構(gòu)發(fā)生(通過 EED)。使用正交探針(通過化學型或作用模式)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)靶標，可讓研究人員更全面地了解其背后的生物學機制以及得到的表型。這也能讓研究人員進行更多對照實驗，對(陰性)對照化合物的使用起到了補充作用。除了靶向組蛋白的甲基轉(zhuǎn)移酶，SGC 還研發(fā)出了主要底物是胞質(zhì)蛋白(非組蛋白)靶標的甲基轉(zhuǎn)移酶化學探針。這些探針包括 SMYD2、SMYD3 和 PRMT4。

共享化學探針：SGC 使用“信托協(xié)議”而非“材料轉(zhuǎn)移協(xié)議”，以小份為單位，與研究人員共享每一種化學探針。在這種安排下，樣品的接收者同意成為材料的受托人，且必須將研究成果公開，不設知識產(chǎn)權(quán)限制，從而將其用于推動公眾福祉 (https://www.thesgc.org/click-trust/faqs)。此外，SGC 與 Tocris 等商業(yè)合作伙伴攜手，將最新的化學探針提供給研究人員。

影響：從發(fā)表文獻中可以看出，越來越多易于“藥品化”的表觀遺傳學靶標已經(jīng)使用了化學探針。這些探針的作用十分巨大，能夠加深研究人員對靶標在各種生物學模型下作用的理解。SGC 化學探針在轉(zhuǎn)譯研究領(lǐng)域同樣大放異彩。BET、EZH2、DOT1L、LSD1 和 PRMT5 化學探針的擬似物目前已用于臨床試驗。

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