靶向BRD4超末端结构域的短肽抑制剂

　　

近日，细胞应激生物学国家重点实验室、福建省药物新靶点研究重点实验室、药学院刘文教授研究团队，发现了针对BRD4蛋白的超末端结构域（extra-terminal domain, ET domain）的短肽抑制剂PiET（peptide inhibitor of ET domain）。PiET的细胞穿透形式（TAT-PiET）以及蛋白质降解靶向嵌合体（PROTAC）修饰的TAT-PiET（TAT-PiET-PROTAC）在细胞和小鼠肿瘤模型中能有效抑制乳腺癌细胞生长，与JQ1（BRD4 氨基末端溴结构域（amino-terminal bromodomains, BDs）抑制剂)、iJMJD6（JMJD6抑制剂）或氟维司群（雌激素受体ERα降解剂）的联合使用呈现出协同作用，并且TAT-PiET或TAT-PiET-PROTAC能有效克服内分泌治疗（他莫昔芬和氟维司群）耐药，展现出治疗乳腺癌的潜力。PiET靶向ET的特异性和抑制肿瘤生长的活性使之成为进一步探索BRD4 ET结构域的功能和治疗BRD4相关癌症的非常有前景的候选工具。相关成果以“Peptide Inhibitor Targeting the Extraterminal Domain in BRD4 Potently Suppresses Breast Cancer Both In Vitro and In Vivo”为题在线发表于Journal of Medicinal Chemistry杂志。

BRD4与包括癌症在内的多种人类疾病相关，其氨基末端溴结构域BD与乙酰化组蛋白结合从而参与关键癌基因表达，是极具前景的药物靶标。然而，相关不良反应和耐药性阻碍了BD抑制剂的开发。同时，BRD4的ET结构域也被发现能通过蛋白-蛋白相互作用的方式招募转录因子、辅因子和表观遗传调控因子等来调控基因表达和疾病发生发展。因此，ET结构域也被认为是极具潜力的药物靶标。然而，针对ET结构域的抑制剂的开发非常有限。

刘文教授团队前期研究发现了增强子结合的BRD4通过其ET结构域招募去甲基化酶JMJD6远程调控P-TEFb蛋白复合体的活性，从而调控邻近基因转录延伸的转录调控新模式（Cell. 2013 Dec 19;155(7):1581-95）。最近，团队发现BRD4和JMJD6是调控ERα介导的基因转录、癌细胞生长和肿瘤形成的重要蛋白因子，在ERα阳性乳腺癌的发生发展中发挥至关重要作用（Mol Cell. 2018 Apr 19;70(2):340-357.e8; Nucleic Acids Res. 2022 Oct 14;50(18):10230-10248.）。国内外同行研究也表明BRD4和JMJD6参与多种癌症的发生发展，是极具潜力的药物靶点。BRD4和JMJD6调控基因转录和参与癌症发生发展的功能既依赖于JMJD6酶活性，又依赖于两者的相互作用。基于此，团队多角度进行了相关干预手段的研究：首先是针对JMJD6的酶活性中心成药性口袋进行了大规模的活性小分子筛选，获得了多个和JMJD6结合力强、酶活性抑制率高、特异性好和癌细胞生长抑制率高的活性小分子（ACS Med. Chem. Lett. 2019 Nov 19, 10, 1609?1613; ZL201711476073.8; ZL202010973010.9）。其中名为iJMJD6的小分子在小鼠肿瘤模型中（包括雌激素受体阳性乳腺癌、三阴性乳腺癌、肝癌和结直肠癌在内的多种癌细胞来源移植瘤和PDX模型）对肿瘤生长和转移具有非常显著的抑制效果。在雌激素受体阳性乳腺癌中能有效克服内分泌药物（他莫昔芬和氟维司群）引起的耐药。药代动力学研究表明iJMJD6具有很好的成药性（PNAS. 2022 Aug 23;119 (34)）。其次，研究团队针对BRD4和JMJD6蛋白相互作用展开了短肽抑制剂的筛选。团队首先通过对接分析和筛选确定了JMJD6中与ET具有最高亲和力的短肽序列，并且这一序列在体外能有效破坏BRD4与JMJD6之间的相互作用。该短肽被命名为PiET。TAT穿膜序列修饰的PiET，即TAT-PiET，在细胞中有效地阻断了BRD4与JMJD6的相互作用。进一步通过蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）技术修饰的TAT-PiET，即TAT-PiET-PROTAC，以ET依赖的方式降解BRD4蛋白，表明PiET特异性地靶向BRD4的ET结构域。TAT-PiET和TAT-PiET-PROTAC有效抑制了BRD4/JMJD6介导靶基因的转录激活，其中包括MYC和CCND1；有效抑制了乳腺癌细胞的生长、克隆形成、迁移和侵袭；有效抑制了小鼠移植瘤模型中的乳腺肿瘤的生长。基于之前的分子机制研究，团队进一步展示了TAT-PiET/TAT-PiET-PROTAC与JQ1、iJMJD6或ICI的联合治疗对乳腺肿瘤生长的抑制具有协同效应，并具有良好的安全性。此外，TAT-PiET/TAT-PiET-PROTAC能使他莫昔芬耐药的ERα阳性乳腺癌细胞对他莫昔芬重新敏感化。

刘文教授团队博士生黄琦绚等人为本论文的共同第一作者，刘文教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、福建省自然科学基金、厦门大学校长基金和中国博士后科学基金的资助。特别感谢中山大学孙逸仙纪念医院刘强教授提供他莫昔芬耐受细胞株。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.4c00141