李博志 蘇禮君 王金凱

【摘 要】為深入探討組蛋白去甲基化酶6抑制劑的相關活性，此次研究在分析KDM6去甲基化作用機制的基礎上，以已知的JMJDs強效抑制劑2，4-PCA，IOX1，GSK-J1作為先導化合物，通過‘點擊化學策略進行先導化合物的合理結構改造。并根據(jù)KDM6亞族的已知結構特征，進行抑制劑分子片段的合理設計與結構優(yōu)化（SBDD），以提高小分子化合物對KDM6亞族的選擇性與抑制活性。

【關鍵詞】蛋白去甲基化酶;KDM6B;生物活性

【中圖分類號】Q55?【文獻標識碼】A【文章編號】1002-8714（2020）09-0126-01

表觀遺傳組蛋白去甲基化酶JMJDs因具有廣泛的生理活性，近年來，其相關的研究工作發(fā)展迅速，但目前包括KDM6在內(nèi)的JMJDs的詳細生物學功能及與諸多生命現(xiàn)象之間的確切關系仍未完全闡明，而JMJD靶向探針分子的研發(fā)是解決上述問題的有效手段，此次研究主要對組蛋白去甲基化酶KDM6抑制劑的相關活性進行研究。

1 組蛋白去甲基化酶

表觀遺傳學領域中，組蛋白賴氨酸的甲基化修飾是組蛋白共價修飾的一種重要形式，可調(diào)節(jié)染色質(zhì)狀態(tài)和基因表達，在包括胚胎發(fā)育、干細胞分化、DNA損傷修復、腫瘤形成發(fā)展等多種生命過程中起著重要作用[1]。組蛋白賴氨酸的甲基化修飾是一個動態(tài)可逆的過程，甲基化/去甲基化修飾過程由組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶（histone methyltransferases，HMTs）與組蛋白去甲基化酶（histone lysine demethylases，KDMs）協(xié)同催化調(diào)控。組蛋白去甲基化酶JMJDs屬于金屬氧化酶，其催化過程需要二價鐵離子和α-酮戊二酸（α-KG）的共同參與[2]。目前所報道的小分子抑制劑絕大多數(shù)為底物α-酮戊二酸的競爭性抑制劑，通過模仿上述α-酮戊二酸與金屬蛋白酶的結合方式，對JMJDs的催化活性產(chǎn)生抑制作用。

2 組蛋白去甲基化酶KDM6B與其底物多肽的識別及結合方式

已知KDM6亞族中的KDM6A、KDM6B及KDM6C的催化結構域具有高度的同源相似性，（化合物GSK-J1對KDM6A、KDM6B及KDM6C具有相似程度的抑制活性）。為深入研究KDM6B生物活性，下面將其作為該亞族的代表性靶蛋白，進行了KDM6亞族選擇性抑制劑的合理結構設計。

根據(jù)KDM6B已知的3D結構特點，在其蛋白表面由R1246與P1388等氨基酸殘基共同構成了一狹窄的底物結合口袋，而這一特殊的口袋結構也是KDM6亞族所特有的。底物結構中的S28等氨基酸殘基片段嵌入了由R1246與P1388等氨基酸殘基所共同構成的狹窄口袋中。在該結構中，抑制劑GSK-J1的苯環(huán)側鏈部分恰好同樣嵌入了由R1246與P1388等氨基酸殘基所共同構成的狹窄口袋中，占據(jù)了該狹腔部分并競爭性的阻礙了底物與KDM6B蛋白的有效結合，從而GSK-J1對KDM6亞族產(chǎn)生了一定的選擇性抑制作用[3]。

3 組蛋白去甲基化酶KDM6生物活性及分子對接

目前PDB蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（Protein databank）已收錄了數(shù)種KDM6B的蛋白晶體結構，通過前期大量的對接實驗比較，發(fā)現(xiàn)其中已解析的KDM6B與GSK-J1共聚物的蛋白晶體結構（PDB代碼：4ASK，分辨率：1.86?）可提供充足的對接空間以用于不同結構衍生物的對接實驗研究，因此本課題選取上述已解析的晶體結構作為蛋白靶點，進行了先導衍生物的對接研究工作。

在對接研究的起始階段，首先提取了KDM6B蛋白復合物晶體4ASK中的配體GSK-J1，并提取該配體進行了再次的對接實驗，以驗證對接方法的可靠性與準確性。分子對接后選取打分最高的一組與原配體分子進行疊合，發(fā)現(xiàn)對接的配體與原配體以相同的作用方式可近似完全疊合，其RMSD值為0.79 （小于1）。因此，實驗結果證明了該對接軟件及對接方法的可靠性與準確性。

在此基礎上，通過對接軟件對大量先導衍生物進行了能量優(yōu)化及后續(xù)的對接實驗研究，發(fā)現(xiàn)其中含有苯環(huán)結構且具有適當長度的簡單鏈狀衍生物均能夠較好的模擬底物2-OG的作用方式，與相應的氨基酸殘基（N1400、K1381、T1387）形成氫鍵作用，同時與金屬離子產(chǎn)生配位作用。更重要的是，通過對接實驗發(fā)現(xiàn)，適當長度的側鏈片段能夠較好的模擬GSK-J1的苯環(huán)部分，使其末端的苯環(huán)以相似的伸展方式嵌入到R1246與P1388等氨基酸殘基形成的蛋白表面狹腔中。

4 結論

研發(fā)新型、高效的組蛋白去甲基化酶KDM6選擇性抑制劑，不僅可以作為有力的分子探針用于闡明KDM6的詳細生物學功能，對惡性腫瘤等重大疾病的診斷、防治及預后判斷都具有重要的指導意義，而且作為治療藥物，尤其是新型抗腫瘤藥物進行新藥開發(fā)的應用前景也十分廣闊。

參考文獻

[1] 申婕，曾志輝，楊雷，等.賴氨酸特異性去甲基化酶6A及其在白血病中的研究進展[J].中國醫(yī)學科學院學報， 2019， 41（4）：548-555.

[2] T唐宇，胡赟，羅丹，等.糖尿病環(huán)境下成骨細胞KDM6B表達的變化[J]. 四川大學學報：醫(yī)學版， 2019， 50（5）：660-665.

[3] Labban D A ， Jo S H ， Ostano P ， et al. Notch-effector CSL promotes squamous cell carcinoma by repressing histone demethylase KDM6B[J]. Journal of Clinical Investigation， 2018， 128（6）：2581-2599。