Science | 转录相关激酶抑制剂可用于激活转录以启动癌细胞凋亡程序

学术 2024-12-22 14:30 四川

撰文 | Qi

蛋白激酶在细胞信号转导中发挥着关键作用，是最重要的药物靶标之一，其中许多是转录的关键调节因子，如细胞周期蛋白依赖性激酶CDK9、CDK12和CDK13，靶向抑制这些转录相关激酶的活性是应对癌症中原癌基因高表达的有效策略。化学临近诱导剂（Chemical induced proximity，CIP）是一种可诱导不同分子发生临近互作而调控细胞中多种生物过程的小分子，已报道了利用CIP介导的转录激活因子募集直接激活基因表达的例子【1, 2】。编码锌指转录抑制因子的BCL6基因在40%至60%的人类弥漫性大B细胞淋巴瘤 (DLBCL) 中失调并过表达，由于该因子会沉默肿瘤抑制基因和细胞凋亡基因的转录（如p53、CDKN1B），因而被视为DLBCL的原癌基因【3, 4】。那么是否能设计一种基于CIP的策略，招募内源性CDK9等激酶以诱导被BCL6抑制的基因的转录，进而实现促肿瘤细胞凋亡作用呢？

近日，来自斯坦福大学的Nathanael S. Gray团队等在Science杂志上合作发表了一篇题为Relocalizing transcriptional kinases to activate apoptosis 的文章，他们合成了一种主要由BCL6 BTB结构域配体和CDK9抑制剂构成的二价分子，该分子可将CDK9重新定位到BCL6的靶基因上以指导RNA聚合酶II磷酸化，由此产生的促凋亡BCL6靶基因的表达导致弥漫性大B细胞淋巴瘤细胞的死亡以及BCL6调节的生发中心反应的特异性消除。因此，转录相关激酶抑制剂在特定情况下也可用于转录激活。

该团队推断正转录延伸因子b（P-TEFb）复合物（由CDK9、细胞周期蛋白T1、T2和K组成）与启动子的空间接近将足以激活被BCL6抑制的靶基因，于是合成一组主要由CDK9抑制剂和BCL6 BTB结构域配体构成的二价分子库，以测试其诱导由BCL6调控的靶基因表达以及对BCL6高表达的DLBCL细胞活力的影响。他们首先测试并比较了一种先导化合物CDK-TCIP1（由CDK9抑制剂SNS-032【5】和BCL6 BTB结构域配体BI3812【6】构成）与阴性对照化合物（通过化学修饰分别消除与BCL6或CDK9结合）对859种不同癌细胞系的毒性，结果显示CDK-TCIP1特异性作用于DLBCL且毒性比阴性对照>10000倍，提示CDK9和BCL6之间形成三元复合物对于通过诱导BCL6靶基因杀死癌细胞来说是必要的。

图1. CDK-TCIP结构及其靶向BCL6调控位点示意图。

为了确定CDK-TCIP1对CDK9定位和染色质活性的直接影响，该团队在早期时间点（2h）对CDK-TCIP1处理的DLBCL细胞进行ChIP-seq分析，可观察到CDK9 被快速且特异性地募集至BCL6结合染色质，BCL6所抑制的与肿瘤抑制和细胞凋亡相关的基因启动子处RNA聚合酶II（Pol II）C端Ser 2磷酸化被诱导，转录组分析结果显示有促凋亡作用的BCL6靶基因如PUMA和CDKN1B显著上调。随后，该团队对CDK-TCIP1的理化性质和效力进行优化得到CDK-TCIP2以实现其在小鼠体内更高的代谢稳定性、血液浓度、增强的BCL6靶基因转录激活和癌细胞杀伤作用。

在正常生理条件下，BCL6是T细胞依赖性抗体亲和力成熟所需的生发中心反应的主要调节因子【7】，于是该团队测试了CDK-TCIP2是否能特异性抑制小鼠生发中心B细胞增殖。用T细胞依赖性抗原、绵羊红细胞对小鼠进行免疫后10天实施安乐死，收集其脾脏用于分析生发中心B细胞，结果显示CDK-TCIP2处理组的脾生发中心B细胞百分比显著降低。此外，在给药期内没有观察到小鼠出现体重变化或其他不良反应，提示该化合物具有良好的耐受性。

综上，该团队开发了一种二价化合物CDK-TCIP，能将转录激酶重新定位到与BCL6结合并抑制的促凋亡基因位点以激活癌细胞凋亡程序，且这种杀伤具有BCL6特异性，与对正常细胞和癌细胞均有细胞毒性的CDK9抑制剂形成鲜明对比。以此为启发，经优化设计的激酶抑制剂将被用于激活更多的被沉默的信号传导途径以达到治疗效果。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl5361

制版人：十一

参考文献

1. B. Z. Stanton, E. J. Chory, G. R. Crabtree, Chemically induced proximity in biology and medicine. Science 359, eaao5902 (2018). doi: 10.1126/science.aao5902; pmid: 29590011

2. P. M. Cromm, C. M. Crews, Targeted protein degradation: From chemical biology to drug discovery. Cell Chem. Biol. 24, 1181–1190 (2017). doi: 10.1016/j.chembiol.2017.05.024; pmid: 28648379

3. A. L. Shaffer et al., BCL-6 represses genes that function in lymphocyte differentiation, inflammation, and cell cycle control. Immunity 13, 199–212 (2000). doi: 10.1016/S1074- 7613(00)00020-0; pmid: 10981963

4. R. T. Phan, R. Dalla-Favera, The BCL6 proto-oncogene suppresses p53 expression in germinal-centre B cells. Nature 432, 635–639 (2004). doi: 10.1038/nature03147; pmid: 15577913

5. C. M. Olson et al., Pharmacological perturbation of CDK9 using selective CDK9 inhibition or degradation. Nat. Chem. Biol. 14, 163–170 (2018). doi: 10.1038/nchembio.2538; pmid: 29251720

6. N. Kerres et al., Chemically induced degradation of the oncogenic transcription factor BCL6. Cell Rep. 20, 2860–2875 (2017). doi: 10.1016/j.celrep.2017.08.081; pmid: 28930682
7. K. Hatzi, A. Melnick, Breaking bad in the germinal center: How deregulation of BCL6 contributes to lymphomagenesis. Trends Mol. Med. 20, 343–352 (2014). doi: 10.1016/j.molmed.2014.03.001; pmid: 24698494

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