组蛋白去甲基化酶6抑制剂的发现和相关活性研究

李博志 苏礼君 王金凯

【摘 要】为深入探讨组蛋白去甲基化酶6抑制剂的相关活性，此次研究在分析KDM6去甲基化作用机制的基础上，以已知的JMJDs强效抑制剂2，4-PCA，IOX1，GSK-J1作为先导化合物，通过‘点击化学策略进行先导化合物的合理结构改造。并根据KDM6亚族的已知结构特征，进行抑制剂分子片段的合理设计与结构优化（SBDD），以提高小分子化合物对KDM6亚族的选择性与抑制活性。

【关键词】蛋白去甲基化酶;KDM6B;生物活性

【中图分类号】Q55 【文献标识码】A【文章编号】1002-8714（2020）09-0126-01

表观遗传组蛋白去甲基化酶JMJDs因具有广泛的生理活性，近年来，其相关的研究工作发展迅速，但目前包括KDM6在内的JMJDs的详细生物学功能及与诸多生命现象之间的确切关系仍未完全阐明，而JMJD靶向探针分子的研发是解决上述问题的有效手段，此次研究主要对组蛋白去甲基化酶KDM6抑制剂的相关活性进行研究。

1 组蛋白去甲基化酶

表观遗传学领域中，组蛋白赖氨酸的甲基化修饰是组蛋白共价修饰的一种重要形式，可调节染色质状态和基因表达，在包括胚胎发育、干细胞分化、DNA损伤修复、肿瘤形成发展等多种生命过程中起着重要作用[1]。组蛋白赖氨酸的甲基化修饰是一个动态可逆的过程，甲基化/去甲基化修饰过程由组蛋白甲基化转移酶（histone methyltransferases，HMTs）与组蛋白去甲基化酶（histone lysine demethylases，KDMs）协同催化调控。组蛋白去甲基化酶JMJDs属于金属氧化酶，其催化过程需要二价铁离子和α-酮戊二酸（α-KG）的共同参与[2]。目前所报道的小分子抑制剂绝大多数为底物α-酮戊二酸的竞争性抑制剂，通过模仿上述α-酮戊二酸与金属蛋白酶的结合方式，对JMJDs的催化活性产生抑制作用。

2 组蛋白去甲基化酶KDM6B与其底物多肽的识别及结合方式

已知KDM6亚族中的KDM6A、KDM6B及KDM6C的催化结构域具有高度的同源相似性，（化合物GSK-J1对KDM6A、KDM6B及KDM6C具有相似程度的抑制活性）。为深入研究KDM6B生物活性，下面将其作为该亚族的代表性靶蛋白，进行了KDM6亚族选择性抑制剂的合理结构设计。

根据KDM6B已知的3D结构特点，在其蛋白表面由R1246與P1388等氨基酸残基共同构成了一狭窄的底物结合口袋，而这一特殊的口袋结构也是KDM6亚族所特有的。底物结构中的S28等氨基酸残基片段嵌入了由R1246与P1388等氨基酸残基所共同构成的狭窄口袋中。在该结构中，抑制剂GSK-J1的苯环侧链部分恰好同样嵌入了由R1246与P1388等氨基酸残基所共同构成的狭窄口袋中，占据了该狭腔部分并竞争性的阻碍了底物与KDM6B蛋白的有效结合，从而GSK-J1对KDM6亚族产生了一定的选择性抑制作用[3]。

3 组蛋白去甲基化酶KDM6生物活性及分子对接

目前PDB蛋白质数据库（Protein databank）已收录了数种KDM6B的蛋白晶体结构，通过前期大量的对接实验比较，发现其中已解析的KDM6B与GSK-J1共聚物的蛋白晶体结构（PDB代码：4ASK，分辨率：1.86?）可提供充足的对接空间以用于不同结构衍生物的对接实验研究，因此本课题选取上述已解析的晶体结构作为蛋白靶点，进行了先导衍生物的对接研究工作。

在对接研究的起始阶段，首先提取了KDM6B蛋白复合物晶体4ASK中的配体GSK-J1，并提取该配体进行了再次的对接实验，以验证对接方法的可靠性与准确性。分子对接后选取打分最高的一组与原配体分子进行叠合，发现对接的配体与原配体以相同的作用方式可近似完全叠合，其RMSD值为0.79 （小于1）。因此，实验结果证明了该对接软件及对接方法的可靠性与准确性。

在此基础上，通过对接软件对大量先导衍生物进行了能量优化及后续的对接实验研究，发现其中含有苯环结构且具有适当长度的简单链状衍生物均能够较好的模拟底物2-OG的作用方式，与相应的氨基酸残基（N1400、K1381、T1387）形成氢键作用，同时与金属离子产生配位作用。更重要的是，通过对接实验发现，适当长度的侧链片段能够较好的模拟GSK-J1的苯环部分，使其末端的苯环以相似的伸展方式嵌入到R1246与P1388等氨基酸残基形成的蛋白表面狭腔中。

4 结论

研发新型、高效的组蛋白去甲基化酶KDM6选择性抑制剂，不仅可以作为有力的分子探针用于阐明KDM6的详细生物学功能，对恶性肿瘤等重大疾病的诊断、防治及预后判断都具有重要的指导意义，而且作为治疗药物，尤其是新型抗肿瘤药物进行新药开发的应用前景也十分广阔。

参考文献

[1] 申婕，曾志辉，杨雷，等.赖氨酸特异性去甲基化酶6A及其在白血病中的研究进展[J].中国医学科学院学报， 2019， 41（4）：548-555.

[2] T唐宇，胡赟，罗丹，等.糖尿病环境下成骨细胞KDM6B表达的变化[J]. 四川大学学报：医学版， 2019， 50（5）：660-665.

[3] Labban D A ， Jo S H ， Ostano P ， et al. Notch-effector CSL promotes squamous cell carcinoma by repressing histone demethylase KDM6B[J]. Journal of Clinical Investigation， 2018， 128（6）：2581-2599。