ref：Eur. J. Med. Chem. Accepted 3 December 2019, IF=5.573
链接：https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.111952
一，研究背景
细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)是人类21种基因编码的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。CDK1、2、4和6在真核细胞周期检查点调节中发挥着广泛的作用。该家族的第二类分支CDK7、8、9、12和13被确定为转录调节子。CDK4/6，它在细胞周期中与细胞周期蛋白D形成活性复合物，该复合物使视网膜母细胞瘤蛋白(pRb)磷酸化，从而减少E2F家族对转录因子活性的抑制。随后在G1期后期，CDK2在与细胞周期蛋白E结合后进一步磷酸化Rb蛋白，有效缓解E2F的抑制作用，使细胞周期进入S期。在整个S期中，CDK2与细胞周期蛋白A结合可控制DNA合成的进程。在细胞增殖失调的癌症中，CDKs的过度表达通常是癌症发病机理的驱动力，因此，靶向CDKs成为治疗癌症的重要手段。小分子CDK抑制剂已用于临床研究中，但治疗效果差和严重的毒性反应阻碍了它们的临床发展。新兴的蛋白水解靶向嵌合体(PROTAC)技术将小分子与E3泛素连接酶的配体连接起来，通过把靶标蛋白质招募到E3泛素连接酶附近实现靶向蛋白质的多泛素化，最后被蛋白酶体降解。PROTAC技术可选择性降解特定的同源蛋白，包括含溴结构域蛋白的成员以及CDK。而CDK2尚未被确定为可降解目标。CDK2的泛素化能有效、安全地抑制肿瘤细胞的生长，但CDK2的降解可以消除肿瘤细胞分化的阻滞。靶向CDK2的降解探针的研究可有助于了解CDK2的功能，并探索对癌症的潜在治疗干预。在本研究中，首次报道了新型CDK小分子PROTAC降解剂的设计和合成，该降解剂可单独降解CDK2或双重降解CDK2/9。其中一些通过下调包括原癌基因产物在内的CDK2/9信号通路，抑制前列腺癌PC-3细胞的增殖，具有潜在的治疗价值。
二，研究过程
PROTAC是一个两头含有不同配体的化学分子，一头是结合E3连接酶的配体，另一头是结合细胞内蛋白质的配体，这两个配体再由一段linker连接起来。在本研究中为了确定合适的连接点，作者通过使用BIOVIA Discovery Studio中的CDOCKER将已知抑制剂AT-7519和FN-1501对接到CDK2蛋白中(PDB ID：2VTH)，并根据CDOCKER ENERGY选出最好的结合模式(如图1)。如预期的那样，抑制剂的疏水端与linker连接。但是由于linker长度和抑制剂的连接点不确定。因此，基于AT-7519 (A1-A10)和FN-1501 (F1-F10)分别设计了一系列化合物，并通过生物实验测试了这些化合物是否降解CDK亚型，发现化合物A9可选择性降解CDK2，化合物F3可以有效诱导CDK2和CDK9的降解。
三，结论
在这项研究中，作者设计和合成了两个系列的化合物，并通过Western Blot评估了它们对CDK的降解活性。在AT-7519系列中，发现A9可选择性降解CDK2，它在设计更有效的CDK2降解剂时具有很高的参考价值。基于FN-1501的系列中的大多数化合物都实现了CDK2/9双重降解或选择性CDK9降解。但是化合物F3的降解活性较高，该化合物对多种细胞系中CDK2和CDK9显示出有效且快速降解，因此它具有治疗多种癌症的潜力。总之，通过分子模拟的方法可指导实验的进行，并加快实验的进程。
(A) CDK2(PDB ID: 2VTH)与AT-7519(上)和FN-1501(下)结合模式；(B)基于AT-7519和FN-1501设计PROTAC分子的化学结构。
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