JACS | 共价对接发现难成药靶点eIF4E共价抑制剂

 

引言

真核翻译起始因子4E(eIF4E)能刺激与癌细胞生长和转移有关的蛋白翻译。eIF4E历来是极富挑战性的靶标,抑制剂较少且药效不稳定。能与靶标长久结合的共价机制有可能是解决该问题的新颖策略。大多数有针对性的共价药物通过修饰半胱氨酸发挥作用,eIF4E结合位点周围没有半胱氨酸只有亲核性较弱的赖氨酸可作为共价靶向残基。加州大学旧金山分校Brian K. Shoichet和Jack Taunton团队通过共价对接筛选发现了第一种具有具有细胞活性的共价eIF4E抑制剂,为开发选择性靶向赖氨酸的共价配体提供可借鉴的策略。

JACS | 共价对接发现难成药靶点eIF4E共价抑制剂

先睹为快

靶点   

eIF4E:真核翻译起始因子4E(PDB ID:4DT6)

数据库 

基于Enamine构建的含芳基磺酰氟库(88186个小分子)

计算方法

共价对接

MM-GBSA

计算软件

DOCKovalent

计算流程

Brian K. Shoichet/Jack Taunton团队运用共价对接虚拟筛选策略来发现靶向赖氨酸的真核翻译起始因子4E (eIF4E)抑制剂。基于Enaimine设计了含芳基磺酰氟弹头的约9万个小分子并通过共价对接筛选靶向Lys162的分子。对第一轮7个最佳化合物质谱分析后,得到2个活性分子(化合物2和3),基于活性更好的化合物2得到2239个衍生物进行第二轮共价对接筛选,对第两轮筛选得到打分靠前的5个化合物进行生物活性测验,发现2个活性更好的化合物8和9,共结晶结构揭示化合物8和9与靶标的共价结合机制,不同于以往可逆结合的无细胞活性的抑制剂,对化合物9进行结构优化得到活性更好的化合物。

背景

真核翻译起始因子4E(eIF4E)抑制剂可逆地结合eIF4E并带负电荷,去除负电荷会导致结合亲和力急剧下降。eIF4E的结合位点有可被共价靶向的赖氨酸,因此,利用共价抑制剂高亲和力和强选择性的特点来解决现有eIF4E抑制剂无细胞活性的问题有一定的可行性。

共价对接筛选与晶体结构验证

加州旧金山分校的Brian K. Shoichet/Jack Taunton团队应用共价对接虚拟筛选策略来发现靶向赖氨酸的真核翻译起始因子4E (eIF4E)抑制剂。基于Enaimine设计了含芳基磺酰氟弹头的约9万个小分子并通过共价对接筛选靶向Lys162的分子。对排名靠前的219个分子进行了关键残基相互作用的检查,对第一轮7个最佳化合物质谱分析后,得到2个活性分子(化合物2和3),基于活性更好的化合物2得到2239个衍生物进行第二轮共价对接筛选,对第两轮筛选得到打分靠前的5个化合物进行生物活性测验,发现2个活性更好的化合物8和9,化合物8和9分别与蛋白的共结晶结构以及突变试验,揭示了这些化合物与靶标的共价结合机制,不同于以往可逆结合的鸟嘌呤类似物抑制剂,首次发现它们是一种具有细胞活性的共价eIF4E抑制剂。

结构优化

对化合物9进行结构优化得到化合物10,效力相对于9提高了50倍,而改造后的化合物11和12,IC50分别提高了157和581倍。且测定的kinact/Ki参数显示化合物11和12形成共价键的效率整体相对于化合物10提高了40~50倍,表明环外胺对共价键形成速率的影响要大于对可逆结合亲和力的影响,这可能是通过特异性可逆结合的芳基磺酰氟来进攻Lys162。将化合物12与过表达野生型和K162R eIF4E的细胞一起培养,发现12在未转导的细胞和过表达的野生蛋白中抑制依赖性翻译过程,但在过表达的突变型蛋白中没有抑制作用。证明了eIF4E的共价修饰是其抑制作用的基础。

亮点

(1)共价赖氨酸抑制剂的对接策略可广泛用于其他具有挑战性且缺乏半胱氨酸的靶标;

(2)可以通过确定适用于共价反应的新弹头和按需定制分子库来扩大可用的化学空间;

(3)化合物12以及等位基因突变体K126R提供了一个新的化学生物学工具,可用于eIF4E的快速灭活及阐明其在翻译控制中的复杂细胞作用。

JACS | 共价对接发现难成药靶点eIF4E共价抑制剂

图1. eIF4E共价抑制剂的结构优化.

图片来源:JACS

参考文献

Discovery of Lysine-Targeted eIF4E Inhibitors through Covalent Docking. Xiaobo Wan, Tangpo Yang, Adolfo Cuesta, Xiaming Pang, Trent E. Balius, John J. Irwin, Brian K. Shoichet, and Jack Taunton. J Am Chem Soc. 2020 Mar 4. https://doi.org/10.1021/jacs.9b10377