靶向Beclin-1小分子激动剂的发现及其抗三阴性乳腺癌作用机制研究

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细胞自噬(Autophagy)是一种进化上保守的溶酶体降解途径,在细胞内环境稳态、细胞发育、细胞免疫、能量代谢、抑制肿瘤、预防神经退行性病变和延长寿命方面起着至关重要的作用。细胞自噬的药理学激活可能是治疗乳腺癌等人类癌症的有效方法之一。Beclin-1是自噬过程中的关键调控蛋白,作为III型磷脂酰肌醇3-激酶(class III phosphatidylinositol 3-kinase,PI3KC3)复合体的关键亚基调节自噬过程中关键的限速步骤。作为肿瘤抑制因子,BECN1基因的单等位基因缺失与多种癌症相关,因此Beclin-1是包括乳腺癌在内的多种癌症的潜在治疗靶点。然而由于其BH3(Bcl-2-homology-3)结构域,CCD(Coiled coil domain)结构域为螺旋结构,ECD(Evolutionary conserved domain)结构域的可药口袋浅,Beclin-1与PI3KC3复合体的人源高分率的结构信息尚未解析等原因,Beclin-1的靶向药物设计比较困难。本研究基于Beclin-1已有的晶体结构,分析其在形成PI3KC3复合体过程中的结构变化过程和关键的蛋白质相互作用界面。利用多种变构位点识别方法在其ECD结构域表征了一个潜在的变构位点。进一步采用分子对接的高通量虚拟筛选方法将SPECS库中的小分子化合物对接到变构位点,筛选候选的小分子激动剂。经过三轮的分子对接筛选,挑选了32个化合物作为候选的小分子激动剂。通过对细胞水平的自噬激活活性筛选和抗乳腺癌细胞增殖活性筛选,我们发现化合物10能够诱导乳腺癌细胞自噬,上调Beclin-1的水平。同时对MCF-7,MDA-MB-231,MDA-MB-468,BT-549细胞都具有较好的抗增殖活性,对MDA-MB-231细胞尤为明显(IC50=15.22μmol·L-1)。我们发现化合物10能够完美的对接到变构位点中,并且形成了稳定的相互作用。分子动力学模拟结果表明化合物10-Beclin-1复合体是一个稳定的系统。体外机制研究表明,化合物10能够诱导MDA-MB-231细胞发生自噬相关性死亡。同时还发现化合物10激活自噬后,还伴随细胞凋亡的发生。本研究确定了候选化合物10作为开发有效的、具有选择性靶向Beclin-1激活细胞自噬的先导化合物,为进一步开发和优化用于临床治疗的靶向Beclin-1激活自噬小分子药物提供依据。
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