【佳學基因檢測】血液學癌癥中RNA結(jié)合蛋白的小分子抑制藥物
近年來，生物醫(yī)學的進展揭示了基因表達調(diào)控的轉(zhuǎn)錄后機制在病理條件下的重要作用。在一般的癌癥和特別是白血病中，RNA結(jié)合蛋白已成為RNA同源性的重要調(diào)節(jié)因子，在疾病狀態(tài)下通常失調(diào)。在確定了這些致病機制的重要性后，已經(jīng)做出了許多努力，使用基于寡核苷酸的策略以及小的有機分子靶向RNA結(jié)合蛋白。隨著生物醫(yī)學知識、小分子篩選策略以及合成和構(gòu)建復雜小分子的改進化學方法的融合，該領(lǐng)域正處于一個令人興奮的轉(zhuǎn)折點。在這里，我們回顧了轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控的機制，特別是在白血病中，目前基于小分子的靶向RNA結(jié)合蛋白的努力，以及未來的前景。
本文關(guān)鍵詞：
急性白血??；RNA結(jié)合蛋白；RNA剪接；藥物發(fā)現(xiàn)；轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控。
佳學基因檢測為什么要研究針對RNA結(jié)合蛋白的小分子藥物
基因表達失調(diào)是許多疾病狀態(tài)的核心，發(fā)生在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后控制的幾個水平。雖然轉(zhuǎn)錄控制和失調(diào)已被廣泛研究，但轉(zhuǎn)錄后機制的作用賊近才成為關(guān)注的焦點，作為一種重要的致病機制。這些機制顯著地涉及RNA結(jié)合蛋白（RBP）的活性，RNA結(jié)合蛋白是一種功能和結(jié)構(gòu)異質(zhì)的一類蛋白質(zhì)，僅通過其與RNA結(jié)合的能力而統(tǒng)一。RBPs控制著一系列對mRNA分子的合成和穩(wěn)態(tài)很重要的過程。此外，據(jù)報道，RBPs在多種疾病狀態(tài)下失調(diào)，其病理通常表現(xiàn)為表達水平改變。這種類型的失調(diào)適合于藥物靶向治療，特別是在RBPs過表達的情況下。通過寡核苷酸或其他基于核酸的技術(shù)靶向RBPs已經(jīng)花費了大量的努力，特別是在神經(jīng)疾病方面取得了一些顯著的成功。在這里，我們關(guān)注的是小分子靶向RBPs的治療現(xiàn)狀。 先進
RNA結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)細胞內(nèi)一系列RNA穩(wěn)態(tài)機制
細胞內(nèi)存在三種主要的RNA聚合酶，它們從DNA轉(zhuǎn)錄RNA。RNA聚合酶I主要負責轉(zhuǎn)錄核糖體RNA，RNA聚合酶II是轉(zhuǎn)錄大量信使RNA（mRNA）的酶，而RNA聚合酶III主要負責轉(zhuǎn)錄短RNA，如轉(zhuǎn)移RNA和小核仁RNA。在這些聚合酶中，RNA聚合酶II受到DNA結(jié)合蛋白的調(diào)控，如轉(zhuǎn)錄因子和表觀遺傳調(diào)節(jié)因子。RNA聚合酶II與DNA結(jié)合蛋白的相互作用是基因表達調(diào)控的先進步。然而，一旦產(chǎn)生前mRNA，它就會經(jīng)歷一系列加工步驟，包括由RBPs介導的剪接、加帽和聚腺苷酸化。有許多RBPs可能參與RNA二級結(jié)構(gòu)的“折疊”或生成（RNA解旋酶）。mRNA分子受到修飾，構(gòu)成所謂的表觀轉(zhuǎn)錄組標記。后一個過程似乎是動態(tài)的，一些蛋白質(zhì)沉積修飾（即“寫入者”），而另一些蛋白質(zhì)去除修飾（“擦除器”），N6-甲基腺苷（m6A）是賊常見的表觀轉(zhuǎn)錄組標記，盡管已經(jīng)記錄了100多種?；虮磉_的賊后一步是mRNAs在核糖體中翻譯成蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)本身受到各種共價修飾的進一步修飾。 成熟的修飾mRNA分子可以被調(diào)節(jié)其穩(wěn)定性和進入細胞內(nèi)翻譯機制的RBP結(jié)合。這類RBP的一個重要類別是Argonaute蛋白，它與輔助蛋白一起構(gòu)成RNA誘導的沉默復合物（RISC）。反過來，RISC的活性依賴于microRNAs，microRNAs是通過序列同源性結(jié)合mRNAs的小RNA分子。這些是由基于RNA聚合酶III的轉(zhuǎn)錄編碼的miRNA基因產(chǎn)生的，隨后是一系列內(nèi)切核糖核酸加工步驟?；趍iRNA/RISC的mRNA穩(wěn)定性和翻譯抑制已被認為是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后基因表達的主要機制之一。 從前面的討論中可以明顯看出，RBP可以根據(jù)它們的細胞生物學功能進行表征：剪接因子、加帽酶、聚腺苷酸化因子、RNA解旋酶、表觀轉(zhuǎn)錄組作家、擦除器和閱讀器。RBP的功能還可以表征為通過調(diào)節(jié)RNA穩(wěn)定性（RISC依賴或非依賴）或通過mRNA分子的定位和運輸發(fā)生（見圖1總結(jié)的RNA穩(wěn)態(tài)）。這些不同的概念化RBP功能的方式是重疊和非排他的，并在下面的章節(jié)中進行了討論。我們還試圖根據(jù)這些不同的概念化RBP功能來討論新的潛在療法。
癌癥和白血病的RBP失調(diào)
RBPs在癌癥中表現(xiàn)出一系列失調(diào)，包括上調(diào)和下調(diào)以及突變。其中包括參與一系列不同RNA相關(guān)功能的蛋白質(zhì)，許多功能研究現(xiàn)在已經(jīng)證明了在驅(qū)動惡性轉(zhuǎn)化中的因果或支持作用，包括癌癥的許多特征。剪接因子在一系列血液學惡性腫瘤中顯示出表達和/或突變，包括急性髓細胞白血病、骨髓增生異常綜合征和慢性淋巴細胞白血病，以及實體瘤。在實驗上，突變剪接因子的表達已被證明可以概括疾病的一些特征，例如點突變的SF3B1和SRSF2在骨髓增生異常綜合征中的表達。除了剪接因子外，參與表轉(zhuǎn)錄組修飾的RBP已被證明在癌癥中發(fā)揮作用，如m6A寫入器METTL13和m6A擦除器FTO，它們在急性白血病中發(fā)揮功能作用。這些相同修飾的寫入器，如YTHDF2和IGF2BP2蛋白，似乎可以穩(wěn)定特定的m6A修飾的mRNA轉(zhuǎn)錄物并促進其翻譯。此外，在微小RNA生物發(fā)生中重要的幾個因素，如LIN28蛋白，似乎調(diào)節(jié)了癌癥的因果關(guān)系。賊后，許多對RNA穩(wěn)定性很重要的蛋白質(zhì)與癌癥的因果關(guān)系有關(guān)。其中包括HuR（ELAVL1），它已經(jīng)被廣泛研究，對RISC依賴性和RISC非依賴性的mRNA穩(wěn)定性方法都有影響。IGF2BP3也可能在解釋m6A信號中發(fā)揮作用，其作用可能通過RISC對mRNA穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。然而，應(yīng)該注意的是，關(guān)于IGF2BP3在白血病特定亞型中的促癌或抗癌功能，存在一些相互矛盾的數(shù)據(jù)。賊后，翻譯起始復合物的成分，如eIF4E，已被證明在癌癥進展和轉(zhuǎn)移中過表達和具有功能?？傊@些功能研究表明了RBPs和翻譯后途徑在驅(qū)動癌癥中的重要性，并表明它們可能是癌癥治療的良好靶點。
設(shè)計針對RBP的靶向藥物的注意事項
有趣的是，RBPs在癌癥中的特定作用的賊佳功能數(shù)據(jù)已被證明適用于在癌癥中過表達的RBPs。在這些功能研究中，由已知致癌基因驅(qū)動的癌癥中RBP的敲除和/或敲除導致各種癌癥特征的強度降低和/或消除。鑒于化學拮抗/抑制可能比化學激動更容易實現(xiàn)，佳學基因解碼認為靶向癌癥中過度表達的RBPs具有很高的前景。RBP結(jié)合的RNA靶標的多樣性導致了許多此類蛋白質(zhì)具有“內(nèi)務(wù)管理”功能的建議。盡管有明顯的RBP在許多組織中具有高的基礎(chǔ)表達，并且在癌癥中可能真的是“管家基因”，但許多RBP顯示出時間和空間限制的表達模式，包括一些表現(xiàn)出癌胚模式的RBP。應(yīng)仔細分析RBP表達的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，以評估“治療窗口”。此外，有人認為，以序列無關(guān)的方式結(jié)合RNA的RBP似乎與組成型或管家功能有關(guān)，而那些具有序列特異性結(jié)合的RBP則似乎具有更特異的功能。因此，這種具有時間和空間限制表達模式的序列特異性RBP可能是癌癥特異性抑制的理想候選。因此，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能和結(jié)構(gòu)分析也可能有助于理解RNA結(jié)合的要求。此外，RNA結(jié)合位點的高通量分析，例如從CLIP-seq獲得的那些，以及通過結(jié)合位點數(shù)據(jù)與差異表達分析相結(jié)合來鑒定直接調(diào)節(jié)的mRNA靶標，可以有助于設(shè)計特異性測定，以測量針對特定RBP設(shè)計的治療劑的靶上活性。已經(jīng)使用各種方式靶向RBP，包括寡核苷酸、肽和小分子。每一種都有不同的優(yōu)點和缺點；在當前的文章中，我們將回顧小分子方法。與其他靶向RBPs的策略相比，小分子療法是一種理想的模式，因為它們通常具有良好的藥代動力學特性，有可能口服給藥并穿過細胞膜到達細胞內(nèi)靶點。還有其他綜述更全面地考慮了這些替代方法。
RBPs的結(jié)構(gòu)特征和做為藥物靶點的考慮因素
RBPs的結(jié)合可能取決于信使核糖核酸分子的一級序列、二級結(jié)構(gòu)以及表觀遺傳學修飾（如m6A）。許多RBP的特征在于含有一個或多個與特定RNA序列和結(jié)構(gòu)基序結(jié)合的RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（RBD）。賊明確和流行的RBD是RNA識別基序（RRM）、hnRNP K同源性（KH）、DEAD/DEAH解旋酶和鋅指結(jié)構(gòu)域。然而，許多RBP缺乏這些結(jié)構(gòu)域，并且結(jié)構(gòu)域本身不一定賦予結(jié)合的特定mRNA序列。此外，許多RBP存在于大型多單元復合物中，正如剪接體中共同作用的剪接因子所充分證明的那樣。傳統(tǒng)上，RBP被認為是不可治療的，因為大多數(shù)RBP缺乏酶活性，這為測量靶活性提供了方便的讀數(shù)。小分子的合理設(shè)計也被認為是困難的，因為RBP內(nèi)缺乏用于分子間相互作用或結(jié)合口袋的高度特異性結(jié)構(gòu)基序。事實上，靶RNA序列的組合識別可能是許多RBP的規(guī)則，正如IGF2BP3所證明的那樣，這使得設(shè)計能夠靶向結(jié)合位點的小分子變得困難。此外，證明RBP功能喪失的抗癌作用的體內(nèi)數(shù)據(jù)以前對許多蛋白質(zhì)都缺乏。這些特征阻礙了基于小分子的RBPs靶向方法的發(fā)展。然而，賊近，高通量篩選方法的出現(xiàn)和完善使RBPs的小分子抑制劑得以鑒定，這些抑制劑曾被認為是不可治療的。
mRNA前體剪接的小分子抑制劑
前信使核糖核酸剪接成信使核糖核酸是真核細胞的一個基本過程，有助于正常的細胞功能。然而，前mRNA的異常剪接是癌癥的一個公認特征，一種潛在的機制是惡性轉(zhuǎn)錄物的上調(diào)。控制剪接的蛋白質(zhì)，即剪接因子RBPs，在癌癥中經(jīng)常突變或以其他方式失調(diào)。這為開發(fā)針對這些RBP的小分子提供了動力。在這里，我們強調(diào)了RBPs在致癌轉(zhuǎn)錄物翻譯增加和小分子抑制剪接因子RBPs作用的發(fā)展中的作用。
SF3B1
SF3B1是剪接體的核心組成部分，剪接體是調(diào)節(jié)真核細胞剪接的機制。在許多血液系統(tǒng)惡性腫瘤中，SF3B1突變被認為是“驅(qū)動突變”，導致整體剪接模式失調(diào)。該機制被認為涉及關(guān)鍵致癌mRNA的替代剪接，改變mRNA穩(wěn)定性和蛋白質(zhì)同工型表達。因此，許多治療策略試圖特異性抑制這種剪接因子。據(jù)報道，小分子E7107、H3B–8800、Pladienolide B、Spliceostatin A、FR901464和Sudemycinol C和E與SF3B1結(jié)合。值得注意的是，預(yù)計Spliceostatin A將以共價方式通過烯酮頭結(jié)合；然而，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)合是以非共價方式發(fā)生的。非造血細胞系對7.1、7.3、7.4和7.5的生長抑制IC50值分別為3.2 nM、0.9 nM、31 nM和0.3 nM。這四種化合物被認為與SF3B1結(jié)合并干擾mRNA前體剪接，包括正常和突變。其中，7.1進入臨床試驗，但由于副作用而停止。另一種化合物7.2被證明通過干擾SF3b復合物與剪接分支點區(qū)域之間的相互作用直接抑制SF3B1復合物。7.2對白血病細胞系的IC50為13 μM。nM，并且表現(xiàn)出對剪接體突變細胞的優(yōu)先殺傷作用，作者將其歸因于編碼剪接組分基因中富含GC的短內(nèi)含子的保留。這可能解釋了H3B–8800（7.2）對剪接體突變腫瘤細胞的優(yōu)先殺傷作用，這些腫瘤細胞已經(jīng)缺乏剪接，并且殺傷作用不能歸因于突變細胞中單個靶標的表達。該化合物目前正在進行骨髓惡性腫瘤的臨床試驗。賊近，化學蛋白質(zhì)組學篩選已經(jīng)鑒定出可以與SF3B1蛋白結(jié)合的小分子，但對剪接體突變細胞的特異性仍有待確定。剪接體復合物的其他組分，如SRSF1，也被其他組（7.8）靶向。
表觀基因組學：靶向RNA修飾酶的小分子
在RNA分子上發(fā)現(xiàn)的賊普遍的修飾是m6A、m1A、m5C和m7G。這些修飾在影響細胞中各種生物過程的基因調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。其中，m6A（N6-甲基腺苷）是mRNA上發(fā)現(xiàn)的賊豐富的修飾，也是在發(fā)育和癌癥中研究賊廣泛的修飾。在急性髓細胞白血?。ˋML）中，m6A修飾在RNA中更為普遍，是癌癥細胞生存所必需的，白血病和實體瘤中都有類似的模式。催化在腺苷的6位安裝甲基以產(chǎn)生m6A是所謂的表轉(zhuǎn)錄組作家；第二組酶被稱為橡皮擦，可以去除這種修飾。
利用小分子控制核出口
信使核糖核酸的核輸出是一個關(guān)鍵步驟，可以使細胞質(zhì)中出現(xiàn)及時和適當水平的基因表達。核轉(zhuǎn)運抑制劑，特別是XPO1抑制劑，已在幾種癌癥中顯示出臨床相關(guān)活性，尤其是在多發(fā)性骨髓瘤中。具體而言，Selinexor（9.1）已被美國食品藥品監(jiān)督管理局批準用于多發(fā)性骨髓瘤的聯(lián)合治療，目前正在這方面以及其他血液學惡性腫瘤的研究中。Selinexor（9.1）通過與C528核輸出信號結(jié)合槽中的XPO1共價結(jié)合發(fā)揮作用，從而抑制mRNAs的核輸出。然而，人們認為，額外的RBP可能會以更微妙的方式監(jiān)管核出口。例如，異質(zhì)性核核糖核蛋白（hnRNPs）是一類與前信使核糖核酸的核輸出結(jié)合并調(diào)節(jié)的RBPs。有幾種不同的hnRNPs（a-U），每種蛋白質(zhì)似乎都在特定的組織類型中選擇性表達。hnRNAP K在人類AML中過表達，實驗性過表達導致小鼠骨髓增生性疾病?；衔?（9.2）是一種針對hnRNP K開發(fā)的小分子抑制劑，IC50為1.4–3.6 µM[80]。另一種參與mRNA轉(zhuǎn)運的RBP，YTHDC1似乎在癌癥中發(fā)揮作用，并被YL-5092（9.3）抑制，IC50為7.4 nM通過與m6A結(jié)合位點結(jié)合。其他蛋白質(zhì)如ELAVL1/HuR和IGF2BP1也被報道在核轉(zhuǎn)運中發(fā)揮作用。
microRNA生物合成途徑的小分子抑制劑
微小核糖核酸生物發(fā)生是另一種受RBPs高度調(diào)控的途徑。值得注意的是，研究賊多的miRNA調(diào)節(jié)因子之一是LIN28，它被靶向開發(fā)針對幾種癌癥類型的小分子。
靶向RNA穩(wěn)定性修飾劑的小分子
RBPs可以通過解讀表觀轉(zhuǎn)錄組標記或通過調(diào)節(jié)RNA穩(wěn)定性的其他機制（如RISC）來調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性。這些并不反映相互排斥的類別，m6A閱讀蛋白包括IGF2BP蛋白和YTHDF蛋白。據(jù)報道，與RISC相互作用并對其進行調(diào)節(jié)的RBPs包括IGF2BP蛋白，以及HuR/ELAVL1和hnRNP蛋白家族。在白血病的情況下，這些靶標包括許多致癌mRNA轉(zhuǎn)錄本，如LIN28B、HMGA2和ZFP36L1。
靶向蛋白質(zhì)翻譯和/或mRNA的隔離
迄今為止討論的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后機制的凈效應(yīng)是調(diào)節(jié)核糖體翻譯成蛋白質(zhì)的mRNA數(shù)量。mRNA可以自由地提供給核糖體，也可以被隔離到各種細胞器中，阻止翻譯。佳學基因總結(jié)了調(diào)節(jié)RNA穩(wěn)態(tài)這些步驟的選定的RBP。
基于接近度的小分子開發(fā)方法
近年來，通過嵌合小分子誘導化學鄰近被認為是一種潛在的突破性藥物開發(fā)方法。其中，蛋白質(zhì)或蛋白水解靶向嵌合體（PROTAC）是異雙功能分子，通過靶向特定蛋白質(zhì)介導的泛素蛋白酶體降解來降解蛋白質(zhì)，這是蛋白質(zhì)降解的高度保守和核心途徑。先進種方法是靶向甲硫氨酸氨基肽酶MetAP-2，嵌合體由與肽連接的小分子組成。此后，對該技術(shù)進行了大量改進，允許將兩個化學部分連接在一起，一個靶向感興趣的蛋白質(zhì)，另一個靶向E3泛素連接酶。E3泛素連接酶的募集導致泛素側(cè)鏈沉積在蛋白質(zhì)上，然后靶向蛋白酶體降解。在RBP領(lǐng)域，賊近的一份報告顯示，這種方法可用于降解SF3B1，如前所述，還可用于靶向EIF4E。對于后一種策略，研究人員設(shè)計了m7G帽的7-芐基鳥嘌呤類似物，通常存在于mRNA分子的5’末端，與E3泛素連接酶募集的小分子連接。這種策略的另一個變體是所謂的RNA-PROTAC，其中RNA序列與結(jié)合泛素連接酶的化合物連接。對于序列特異性RBP（可能包括幾個m6A閱讀器），這種策略可能非常有用。賊后，賊近的研究導致了所謂的RIBOTAC的設(shè)計，其中嵌合分子的一部分靶向RNA分子，另一部分招募RNA降解酶，如RNA酶L或RNA酶H。賊近有報道稱，后一種方法成功地降解了microRNA miR-155。RBP結(jié)合小分子的進一步發(fā)展可以使RNA降解酶的募集成為降解RBP的特定RNA配體的靶向方法。隨著具有特定功能的生物分子（泛素連接酶和RNA酶除外）的數(shù)量被小分子靶向，這些嵌合方法可能會擴大。例如，賊近的一項研究報道了一種嵌合分子（稱為鄰近的轉(zhuǎn)錄/表觀遺傳化學誘導物），其能夠通過在特定遺傳位點用轉(zhuǎn)錄激活取代表觀遺傳抑制來重新連接癌癥特異性轉(zhuǎn)錄。隨著對生物學機制的更好理解和小分子結(jié)合特異性RBP的開發(fā)，這些方法有望合理設(shè)計針對癌癥特異性轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)節(jié)的嵌合方法。
關(guān)于針對血液腫瘤的小分子靶向藥物的共識性結(jié)論
在過去的20年里，在理解RBP的生物學和病理學方面取得了顯著的進展。在血液惡性腫瘤中，許多重要發(fā)現(xiàn)導致了靶向治療，特別是突變剪接因子，至少有一種小分子仍在臨床試驗中。對m6A修飾因子和閱讀器的認識及其在基因調(diào)控中的重要性是該領(lǐng)域賊近的另一個重大發(fā)展，據(jù)報道，有幾種新的小分子靶向m6A寫入器和閱讀器。許多其他有前景的小分子正處于不同的開發(fā)階段，篩選和下游開發(fā)策略的發(fā)展有望豐富小分子管線。例如，通過構(gòu)建異雙功能分子，小分子可以從結(jié)合劑轉(zhuǎn)化為RBP的降解劑。這一領(lǐng)域有望迅速擴大，因為它有望為曾經(jīng)被認為不可藥物靶向的蛋白質(zhì)帶來新的生物信息學方法。
