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YEATS結(jié)構(gòu)域是2014年由美國MD安德森癌癥中心石曉冰實(shí)驗(yàn)室與清華大學(xué)李海濤課題組合作鑒定出的新型組蛋白乙?；伴喿x器”（Li Y et al，Cell 159:558-571）。2016年，李海濤課題組又發(fā)現(xiàn)YEATS結(jié)構(gòu)域能夠以更強(qiáng)的親和力識別組蛋白巴豆?；↘cr）并調(diào)控相關(guān)基因表達(dá) （Li Y et al, Mol Cell 62:181-193； Zhao D et al，Cell Res 26:629-632）。人類基因組共編碼4種含有YEATS結(jié)構(gòu)域的蛋白，分別是ENL、AF9、YEATS2和GAS41，其中ENL和AF9的YEATS結(jié)構(gòu)域具有很高的序列相似性。2017年，李海濤課題組又與合作團(tuán)隊(duì)石曉冰實(shí)驗(yàn)室、美國紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心Scott A. Armstrong實(shí)驗(yàn)室、洛克菲勒大學(xué)C. David Allis實(shí)驗(yàn)室，在Nature雜志發(fā)表論文，闡明了ENL的YEATS結(jié)構(gòu)域通過識別組蛋白乙?；?，招募相關(guān)蛋白復(fù)合體上調(diào)致癌靶基因的表達(dá)，從而導(dǎo)致并維持急性白血病的分子機(jī)理；而與ENL高度相似的AF9卻在此過程中并無重要作用（Wan L， Wen H, Li Y et al, Nature 543:265-269）。值得注意的是，在白血病細(xì)胞中敲除ENL可以和著名的溴域抑制劑（+）-JQ1起到協(xié)同作用，進(jìn)一步抑制癌細(xì)胞增長并增加白血病小鼠的存活率。這揭示聯(lián)合靶向ENL結(jié)構(gòu)域和溴域可以為白血病的治療提供新的方案，也使得ENL YEATS結(jié)構(gòu)域成為新的潛在藥物靶點(diǎn)，因此靶向YEATS結(jié)構(gòu)域抑制劑研發(fā)成為領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

2016年，李海濤研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)AF9 YEATS結(jié)構(gòu)域通過p-p-p堆積偏好性地識別組蛋白巴豆?；木w結(jié)構(gòu)（Li Y et al, Mol Cell 62:181-193）。受此啟發(fā)，香港大學(xué)李祥課題組首先將AF9 YEATS結(jié)構(gòu)域識別位點(diǎn)（H3K9cr）的巴豆?；鶊F(tuán)替換為其他具有更大共軛體系的基團(tuán)，得到了一系列基于組蛋白H3（4-13）序列的十肽。利用競爭性光交聯(lián)實(shí)驗(yàn)方法對這些十肽進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)將巴豆?；鶊F(tuán)替換為2-呋喃甲?；?-噁唑甲?；鶗艽蟮兀?-10倍）增強(qiáng)AF9 YEATS結(jié)構(gòu)域?qū)Χ嚯牡挠H和性。作者進(jìn)一步對多肽的長度及序列進(jìn)行了一系列優(yōu)化，最終得到了兩個高效的亞微摩級五肽抑制劑XL-07i和XL-13a（IC50分別為0.26 mM和0.24 mM，AF9天然多肽底物IC50為6.0 mM）。

李海濤研究團(tuán)隊(duì)解析了AF9 YEATS結(jié)構(gòu)域和五肽抑制劑XL-07i相互作用復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)（分辨率為1.9埃），發(fā)現(xiàn)其YEATS結(jié)構(gòu)域通過保守的三明治芳香籠口袋（S58、F59、Y78）實(shí)現(xiàn)對位于組蛋白H3多肽K9位2-呋喃甲?；?2-furancarbonyl)側(cè)鏈的精準(zhǔn)識別。值得一提的是，與天然底物巴豆?；鶊F(tuán)相比，一系列水分子參與介導(dǎo)的氫鍵作用網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)了抑制劑XL-07i與AF9 YEATS之間的親和力。五肽抑制劑N端芐氧甲?；–bz）側(cè)鏈則與AF9 YEATS的H107與H111的咪唑環(huán)形成了特殊的p堆積結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)了二者相互作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)XL-07i和XL-13a特異性地抑制AF9和ENL，相對而言對另外兩種YEATS結(jié)構(gòu)域蛋白YEATS2和GAS41的抑制作用很弱。因?yàn)橹皥蟮雷C明是ENL而不是AF9的YEATS結(jié)構(gòu)域?qū)毙园籽〉陌l(fā)生及維持非常重要，所以作者試圖開發(fā)出特異性靶向ENL YEATS結(jié)構(gòu)域的抑制劑，而ENL和AF9高度的序列相似性使得這一工作并不容易。作者從ENL和AF9的YEATS結(jié)構(gòu)域具有不同的天然識別序列（ENL偏好性識別H3K27cr而不是H3K9cr）入手，通過改變5-噁唑甲?；嚢彼嶂車陌被嵝蛄校瑥谋姸嗪蜻x分子中篩選出了兩個選擇性抑制ENL的抑制劑XL-13m（IC50 = 0.56 mM）和XL-13n（IC50 = 0.28 mM），其對AF9的抑制作用分別弱了4.5和6.1倍。利用活細(xì)胞內(nèi)熱穩(wěn)定性遷移技術(shù)（Cellular Thermal Shift Assay，CETSA），作者證明了在三種不同的白血病細(xì)胞系（MOLM-13、MV4；11和HEL）中，三肽抑制劑XL-13m均可以透過細(xì)胞膜，并特異性地靶向細(xì)胞內(nèi)源的ENL而不會作用于內(nèi)源的AF9蛋白。更加重要的是，ChIP-qPCR和RT-PCR實(shí)驗(yàn)表明在MOLM-13細(xì)胞系中，XL-13m處理會阻礙ENL和其靶基因（HOXA10、MEIS1、MYB和MYC）的結(jié)合并顯著性降低這些致癌基因的表達(dá)。接下來的研究發(fā)現(xiàn)，該ENL抑制劑可以和溴域抑制劑（+）-JQ1或者組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶DOT1L抑制劑EPZ-5676協(xié)同作用，增強(qiáng)這兩種抑制劑的效用，進(jìn)一步下調(diào)MOLM-13細(xì)胞中癌基因的表達(dá)水平。

據(jù)不完全統(tǒng)計，該論文是首個對YEATS結(jié)構(gòu)域抑制劑的報道，也是首次以p-p-p堆積結(jié)構(gòu)為靶標(biāo)進(jìn)行抑制劑的設(shè)計，為今后對YEATS結(jié)構(gòu)域抑制劑及治療白血病新型藥物的開發(fā)提供了思路，也為研究AF9和ENL在細(xì)胞活動中的功能提供了新的工具。

香港大學(xué)化學(xué)系李祥課題組李歆博士和李曉萌博士為本論文共同第一作者，李祥教授和李海濤研究團(tuán)隊(duì)成員清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理研究員李元元博士為本論文共同通訊作者。這項(xiàng)研究也得到了美國洛克菲勒大學(xué)C. David Allis實(shí)驗(yàn)室、萬里玲博士和MD安德森癌癥中心石曉冰實(shí)驗(yàn)室的大力協(xié)作。

本課題得到國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、北京市結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心、北京市科技新星計劃、中國科協(xié)青年人才托舉工程等的經(jīng)費(fèi)支持。數(shù)據(jù)收集得到蛋白質(zhì)鳳凰工程和上海同步輻射光源的大力支持與協(xié)助。

◎論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41589-018-0144-y