使用碱基编辑和化学蛋白质组学发现新的癌症药物靶点

该研究于 2023 年 10 月 2 日发表在《自然化学生物学》上，使用精确的基因编辑方法改变了 13,000 多个可能的药物靶点，并观察哪些编辑影响了细胞生长。将这些数据与化学蛋白质组学信息相结合，指出了数百个可能的药物靶点，其中许多靶点过去从未被研究过。

“这种方法整合了两种创新方法，共同形成了提名新癌症治疗方法的靶点和药物发现策略，”资深作者、斯克里普斯化学生物学教授、Norton B. Gilula 主席 Benjamin Cravatt 博士说。研究。 “它提供了关于数千个不同蛋白质位点中哪些最有可能影响癌细胞生长的临床前信息。”

在过去的十年中，研究化学家和制药公司对一类通过永久结合半胱氨酸起作用的药物感到兴奋，半胱氨酸是构成所有人类蛋白质的二十种氨基酸之一。半胱氨酸独特的反应化学使它们成为简单且理想的药物靶点，但由于人类蛋白质中分散有数十万个半胱氨酸，因此缩小药物靶向范围极其困难。即使在已被确定对癌细胞生长至关重要的数千种蛋白质中，仍然有超过 13,000 个半胱氨酸。

“我们需要一种方法来缩小半胱氨酸的范围，这些半胱氨酸对癌症相关蛋白质具有重要的功能影响，”斯克里普斯研究中心的博士后研究员、这篇新论文的第一作者李浩鑫说。

作为一名研究生，李在布罗德研究所工作，在斯图尔特·施赖伯 (Stuart Schreiber) 的指导下工作，施赖伯利用人类遗传变异为药物发现提供信息。受到这种方法的启发，李想知道如何将精确的基因组工程技术和尖端的化学蛋白质组学工具结合起来，以找到下一代癌症疗法。当李加入斯克里普斯研究所的克拉瓦特实验室时，他与 Broad Insitute 核心成员 David Liu 展开了合作，David Liu 的实验室率先开发了碱基编辑（一种精确改变 DNA 字母的方法）。然后，李利用碱基编辑在癌细胞中产生有针对性的氨基酸变化。通过引入各种针对半胱氨酸的突变，他假设他可以更多地了解哪些半胱氨酸与癌细胞最相关。

在这篇新论文中，Li、Cravatt 及其同事编辑了 1,750 多个先前与癌细胞存活相关的基因的 13,800 个位点。在每种情况下，编辑都针对相应蛋白质上的半胱氨酸。然后他们测试了带有突变的癌细胞的生长情况。此外，他们将他们的发现与这些半胱氨酸“成药性”的新数据相结合。他们最终发现，大约 160 个可药物半胱氨酸在编辑后会影响癌细胞的生长，这表明与这些半胱氨酸结合的药物可能有助于治疗癌症。

影响最大的编辑之一是癌症依赖性蛋白 TOE1 的改变。尽管已知 TOE1 在修剪细胞 RNA 分子末端方面发挥重要作用，但尚未将其作为癌症药物靶点进行研究。然而，李和克拉瓦特的团队表明，可以利用小分子来靶向癌细胞的这一“致命弱点”。

“我们发现了针对 TOE1 的化合物，并表明它们可以通过一种可能影响癌细胞生长的令人着迷的机制来阻止其正常活性，”Li 说。

需要更多的研究来证明针对 TOE1 的药物是否对人类患者有用，但初步结果表明，编辑半胱氨酸的方法可以有效预测哪些半胱氨酸可以作为药物靶点。

研究人员现在计划对他们的实验揭示的其他新目标进行跟踪。他们还表示，目前正在开发下一代化学遗传学方法，以研究癌症以外疾病中的可药物半胱氨酸。

资源 Scripps Research Institute. "New cancer drug targets uncovered using base editing and chemical proteomics." ScienceDaily. ScienceDaily, 5 October 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231005161820.htm>.