【创新前沿】Advanced Science报道我校关于有丝分裂保真性调控机制的新进展

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近日,我校药学院何薇薇课题组与中国科学院上海有机化学研究所李昂课题组、中国科学院上海药物研究所罗成课题组、海军军医大学张卫东课题组合作,利用吲哚萜模拟物作为工具,在有丝分裂保真性调控机制研究中取得新进展,相关成果以“TargetIdentification and Mechanistic Characterization of Indole Terpenoid Mimics:Proper Spindle Microtubule Assembly Is Essential for Cdh1-Mediated Proteolysisof CENP-A”为题发表于Advanced Science期刊。

天然产物及其模拟物/类似物是正向化学遗传学研究中重要的工具分子,在理解生命过程调控机制、发现潜在药物靶标方面具有独特优势。何薇薇课题组致力于利用这类工具分子阐释自噬和有丝分裂等重要生物学过程的调控机制。近年来,吲哚萜类天然产物因其多样的生物学活性特别是抗癌活性备受关注。在前期研究中,何薇薇课题组通过与李昂课题组和张卫东课题组合作,从基于分子间共轭加成策略构建的吲哚萜模拟物库中发现化合物JP18具有诱导细胞周期阻滞的作用 (Chem. Asian J. 2016, 11,2715)。最近,上述三个课题组与罗成课题组深入合作,发现JP18的卤代类似物 (+)-6-Br-JP18和 (+)-6-Cl-JP18具有更强的细胞周期阻滞活性,并确定了这两个化合物都作用于β-微管蛋白的秋水仙碱结合位点,阐释了它们导致人类细胞的中心粒蛋白A (CENP-A) 过度累积从而影响有丝分裂保真性的机制。

CENP-A是染色体中心粒特有的一种组蛋白H3变体,在着丝点定位过程中发挥决定作用,对维持有丝分裂保真性具有重要意义。然而,该蛋白在人类细胞中如何被调控尚不完全清楚。合作团队在JP18构效关系研究中发现,吲哚6位卤代类似物 (+)-6-Br-JP18和 (+)-6-Cl-JP18 具有更强的M期阻滞活性。由于难以获得合适的衍生化探针分子以进行基于亲和力层析的靶点识别,合作团队运用了加州大学洛杉矶分校黄菁等发展的基于药物亲和力响应靶点稳定性 (DARTS) 的无标记靶点识别方法,鉴定微管蛋白为 (+)-6-Br-JP18的潜在作用靶点。X射线晶体学分析表明 (+)-6-Br-JP18和 (+)-6-Cl-JP18均作用于秋水仙碱结合位点,与吲哚氮相连的氢原子和6位的卤原子分别通过氢键和卤键与β-微管蛋白 Asp251和Asn350残基作用。合作团队发现包括上述两个卤代物在内的微管抑制剂使人类细胞中APC/C E3泛素连接酶共激活剂Cdh1水平下调及CENP-A水平上调;进而揭示了APC/CCdh1在人类细胞中介导CENP-A的泛素化−蛋白酶体降解,证实了微管正常组装对于CENP-A降解的必要性。总之,合作团队充分利用小分子工具的独特优势,建立了微管组装/解组装与CENP-A过度累积之间的联系,阐释了Cdh1在CENP-A调控乃至有丝分裂保真性维持中的关键作用 (图1)。鉴于CENP-A异常上调与染色体不稳定性之间的密切关系以及染色体不稳定性与微管抑制剂耐药性之间的潜在关系,此项研究有助于理解微管抑制剂诱导耐药性出现的机制细节,并提示了Cdh1在防止癌症治疗中此种耐药性出现方面的潜在作用。从更广阔的角度,此项研究展示了天然产物及其模拟物/类似物在正向化学遗传学研究中的独特优势。

图片说明: (+)-6-Br-JP18破坏纺锤体微管组装和影响Cdh1介导的CENP-A溶酶体降解的作用机制示意图。

该化合物通过靶向β-tubulin的秋水仙碱结合位点破坏微管组装,从而导致APC/C E3泛素连接酶共激活蛋白Cdh1的下调以及APC/C底物CENP-A的过度累积。这种累积会影响有丝分裂过程中染色体的精确分离,并可能引起染色体不稳定性的出现。

华东理工大学研究生彭琰和张雨萌、华东理工大学−中国科学院上海有机化学研究所联合培养研究生方阮、中国科学院上海药物研究所研究生蒋昊为相关论文的共同第一作者。此项研究受到了国家自然科学基金委、中国科学院、上海市科委等机构资助。 

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202305593

发布时间:2024-07-05
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