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用户成果|发现CDC37小分子变构抑制剂

时间 : 2025-01-08　　　　　

分子伴侣（Molecular Chaperones）系统负责调控众多底物蛋白的成熟折叠与翻译后修饰，对生命体正常生理功能的维持至关重要。分子伴侣系统的正常运转需要多种共伴侣蛋白的协助，通过复杂的蛋白-蛋白相互作用实现底物蛋白功能的精细化调控。在众多共伴侣蛋白中，细胞分裂周期蛋白37（CDC37）极其重要，它通过形成HSP90-CDC37-激酶伴侣复合物，特异性识别并稳定至少90%的蛋白激酶。在肿瘤细胞中，CDC37往往过度表达，因此导致致癌蛋白激酶的加速成熟并增加其热稳定性。因此，CDC37是分子伴侣系统潜在的药物靶标。然而，CDC37与HSP90和激酶形成的多元复合物结构复杂，难以设计小分子进行直接干预。

近日，中国药科大学药学院王磊研究员/尤启冬教授课题组和上海交通大学医学院张健教授课题组合作，在Angewandte Chemie International Edition发表了题为“Allosteric CDC37 inhibitor disrupts chaperone complex to block CDK4/6 maturation”的研究论文。该研究筛选并发现了首个靶向CDC37的小分子化合物DDO-6079。生物大分子核磁共振等结构生物学实验证明DDO-6079结合于CDC37的变构位点，同时实现了对HSP90-CDC37和CDC37-CDK4/6复杂蛋白互作的协同抑制。DDO-6079与CDC37M结合，诱导多个氨基酸残基发生位移（尤其是V215、Q217、F218和I219），这些氨基酸位于CDC37和HSP90结合界面的“背面”，揭示了全新的变构调控机制（图1）。分子动力学模拟显示了HSP90-CDC37蛋白互作表面的氢键变化过程，证明了其通过变构方式抑制HSP90-CDC37-激酶复合物的极性相互作用（图2）。

　　图1. NMR技术发现DDO-6079 结合在CDC37M端结构域的变构位点。

　　图2. CDC37抑制剂的变构作用机制

多种免疫共沉淀实验表明，DDO-6079可在低微摩尔浓度范围内可同时阻断CDC37-HSP90和CDC37-CDK4/6相互作用。进一步通过蛋白质组学分析CDC37和HSP90的代表性客户蛋白，发现与对照组相比，治疗组中的激酶蛋白（如CDK4/6、Raf和AKT等）受到抑制，而非激酶蛋白不受影响。同时，与HSP90 ATP酶抑制剂AT13387相比，DDO-6079对热休克反应（HSR）相关蛋白（HSF-1、HSP70、HSP40和HSP27）无影响，显示出较好的安全性。在对CDK4/6抑制剂敏感和耐药的细胞系中进行抗肿瘤细胞增殖实验时，结果显示帕博西尼（Palbociclib，CDK4/6抑制剂）对其耐药的HCT116和SW620细胞几乎无抑制作用，而对敏感的MCF-7和T47D细胞具有纳摩尔级的抗增殖活性。将DDO-6079与Palbociclib联合使用可逆转HCT116细胞的耐药性，使其活性恢复到低纳摩尔范围。进一步的机制探索表明，DDO6079可以通过靶向CDC37抑制CDK4/6的成熟，并降低CDK6蛋白的热稳定性，进而恢复CDK4/6抑制剂在耐药细胞中的敏感性。以上研究探索了小分子靶向CDC37对激酶成熟调控的作用机制和逆转激酶耐药的治疗学应用。

　　图3. DDO-6079抑制剂阻遏 HSP90-CDC37-CDK4 复合物的形成

在该项工作中，中国药科大学的张立晓，刘伟，张秋月和何彦仪与上海交通大学医学院的郑振为论文的共同第一作者。王磊，尤启冬，张健，张连山为通讯作者。项目得到了科技部BT-IT重点研发计划、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金、中国药科大学高层次青年人才等项目的资助。

本项目先期尝试复合物晶体结构解析未成功后，在国家蛋白质科学研究（上海）设施核磁分析系统的Agilent800和Bruker900液体核磁谱仪上先收集了多套数据，并结合突变等其它实验，最终确认DDO-6079 与 CDC37M 结合诱导多个氨基酸残基发生化学位移(尤其是 V215、0217、F218 和I219)，这些氨基酸组成的结合口袋位于 CDC37 和 HSP90 结合界面的' 背面”，揭示了全新的变构调控机制。

全文链接：DOI: 10.1002/anie.202413618