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全面助力新药研发,挑战DDR靶点之PRMT5

时间:2022-05-11 11:08:08 阅读:53

背景介绍

1992年,科学家在研究果蝇杂交时,发现同时突变两个特定基因时,果蝇死亡;而突变其中任何一个都不会给果蝇带来致命突变的现象。随后1946年,将这种同时具有两种特定基因突变时细胞死亡,而其中任何一个突变或不发挥作用时,都不会导致细胞死亡的现象命名为合成致死。一直到1997年,合成致死都只是一个概念。直到Stephen Friend在《Science》上首次提出合成致死理念可以用来研发抗癌药物,将合成致死和癌症联系在一起。

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 合成致死示意图


2014年,全球第一个合成致死的抗癌药物PARP(多聚ADP核糖聚合酶)抑制剂奥拉帕利被批准用于治疗卵巢癌。随后2016年上市的卢卡帕利、2017年上市的尼拉帕利、2018年的他拉唑帕利也迅速获批,PARP的研究成为了热潮。而合成致死靶点也成为了研究者最为关注的一个方向,谁会成为下一个“PARP”也令人期待。在2016年《Science》上报道了新合成致死组合——PRMT5/MTAP,也迅速成为各大药企重点关注对象。

机理研究

PRMT5(蛋白质精氨酸甲基转移酶),是一种II型精氨酸甲基转移酶,属于PRMT家族,是S-腺苷甲硫氨酸(AdoMet)依赖性甲基转移酶的最大类别(I类),负责将甲基从AdoMet转移到组蛋白和其他蛋白质的精氨酸侧链,可催化ω-NG-单甲基和ω-NGN′G对称二甲基精氨酸残基的形成。PRMT5可以甲基化多种底物,包括p53、组蛋白H2AH3H4,不同底物的甲基化带来不同的功能,如PRMT5高甲基化启动子组蛋白H3R8H4R3,会触发细胞周期调节和肿瘤抑制基因的转录沉默等。PRMT5通过对底物精氨酸的甲基化修饰参与DNA修复、细胞周期、转录调控,对各种细胞功能具有至关重要的影响。

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PRMT家族功能(来源:圣和官网)


PRMT5除了以上功能,还与MTAP构成“合成致死”,更准确来说应该是“旁系致死”。有报道显示,甲基硫代腺苷磷酸化酶(MTAP)基因缺失导致MTAP缺失的癌症对PRMT5的依赖性增加。进一步研究发现,MTAP基因与肿瘤抑制基因CDKN2A相邻,并且有15%的人类癌症这两个基于共同丢失。MTAP是正常细胞的一个管家基因,是甲硫氨酸和嘌呤合成补救途径中的一个关键基因,催化MTA(甲硫腺苷)生成甲硫氨酸,对维持正常细胞功能至关重要。MTAP基因的缺失造成细胞内积累MTA,MTA会和PRMT5的底物S-腺苷-L-蛋氨酸(SAM)竞争,导致PRMT5活性下

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PRMT5/MTAP合成致死机制


研究进展

目前PRMT5抑制剂还无上市药物,有7个处于临床阶段。其中进展最快的是葛兰素史克的GSK3326595,目前处于II期临床研究阶段,适应症是乳腺癌、急性髓系白血病、非霍金淋巴癌等,另外该公司还有2款目前处于临床前阶段;此外,安进的公司开发的AMG-193也处于临床I/II期阶段,用于非小细胞肺癌的治疗;辉瑞的PF-06939999用于实体瘤和食道管癌。值得一提的是,南京圣和药业的PRMT5小分子抑制剂SH3765也处于临床I期,是国内首个获批的PRMT5抑制剂。而今年4月份AACR上,先声药业也公布PRMT5抑制剂SCR-6277,并提交临床I期测试申请。

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前处于临床阶段的PRMT5抑制剂


这些临床PRMT5抑制剂队列的作用机制主要是SAM竞争/非竞争性抑制剂。其中GSK3326595属于非竞争性抑制剂,带有的四氢异喹啉可以和SAM之间的阳离子相互作用,与PRMT5特有的残基Phe327形成潜在的π-π堆积作用,并与Leu319Tyr324Phe327Trp579形成的疏水小口袋影响PRMT5的催化过程。圣和开发的SH3765是由GSK-3326595改构而来,主要在GSK-3326595的嘧啶酰胺部分进行了改造。

SAM竞争性抑制剂,如强生的JNJ64619178是一个进入临床试验的SAM结构类似物,对SAM中的四氢呋喃环以及嘌啉上的氨基进行改变;辉瑞的PF-06939999PreludeTherapeuticsPRT543PRT811也是核苷类似物。

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PRMT5抑制剂类型


在安全性方面,这些化合物对PRMT5的阻断出现了剂量限制性毒性,如血小板减少,贫血,中性粒细胞减少等。这可能与这些抑制剂无选择性的抑制PRMT5,而PRMT5对造血基因的调节至关重要。

随着Mirati2021AACR会议上公布的另一款PRMT5抑制剂——MRTX1719,将PRMT5合成致死再次联系起来。利用缺失MTAP细胞中,MTA积累会与PRMT5优先结合的机制,选择性的抑制肿瘤细胞中的PRMT5功能,而正常细胞PRMT5功能相对保留。

MTAPRMT5 SAM口袋结合的优先级是其他PRMTs结合口袋的100倍,这就减少了SAMPRMT5的结合,进而限制PRMT5的甲基转移酶活性,同时也会减弱类似于GSK3326595这种类型化合物与底物口袋的结合。低浓度的MTAPRMT5抑制剂可能协同抑制PRMT5,但是在高浓度的MTA时,协同作用减弱。因此,找到抑制PRMT5/MTA复合物的抑制剂,才能更精准的靶向MTAP基因丢失的癌细胞。

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MRTX1719作用机制(来源:Mirati官网)


AACR会议上公布的MRTX1719正是基于这种机制,可以有效的抑制PRMT5/MTA复合物,根据会议公布的结果可以看到MRTX1719PRMT5/MTA上具有更加potency的抑制效果,在MTAP缺失细胞中和MATP野生型细胞中具有明显的选择性,这说明MRTX1719可以选择性的靶向MTAP缺失的癌细胞,对正常细胞影响会小。

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MRTX1719选择性抑制PRMT5•MTA复合物(来源:Mirati官网)


基于MTase-Glo的方法,利用甲基转移酶将SAM(S-腺苷甲硫氨酸)提供甲基给底物,生成SAH的特性,爱思益普开发了PRMT5 甲基转移酶活性测试实验。为了更好的筛选出PRMT5/MTA复合物,我们也开发出了PRMT5/MTA甲基转移酶活性测试。除了以上的几种研究方向,也有药企将方向放在了PRMT5不同底物结合位点上,开发出在不同底物上具有选择性的药物。因此,我们也开发出了针对不同底物,在不同底物下有无MTA状态下的PRMT5体外酶活抑制实验。

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数据来源于ICE

 

爱思益普目前拥有强大的Drug Discovery Bioscience技术团队支持药物活性评价的一体化研究,DNA损伤和修复、合成致死领域积极布局,如针对PRMT5,目前也在构建HCT116-MTAP KO细胞系,如细胞学层次上评价Wee1抑制引起的细胞周期变化、DNA损伤、CDK1CDK2活化水平、细胞凋亡、cell panel筛选药物敏感细胞系等等维度的评价;结合PK-ADME的平台,可以评价药物对CYP3A4抑制,及成药性方面的优化;ICEhERG筛选、KinomeOneTM310 –kinase panelSafetyOneTM 47/90 - Safety panel以及CardiacOneTM - Cardiac safety panel更能在选择性上和安全性上给予更多数据支持和研究。爱思益普专注创新领域,愿意与合作伙伴一同加速中国创新药物研发进程。

 

参考文献

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5. AACR-NCI-EORTC 2021:MRTX1719: A First-in-class MTA-cooperative PRMT5 Inhibitor that Selectively Elicits Antitumor Activity in MTAP/CDKN2A Deleted Cancer Models.

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