Nature子刊:靶向“不可成药”RAS酶的抗癌药物已呼之欲出?

来源:学术经纬 / 作者: / 2016-11-09
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RAS GTP酶是一类重要的信号分子,参与细胞增殖、分化、存活和运动等多种过程。同时,RAS酶的突变也与癌症发生密切相关。HRASKRASNRAS三种RAS基因的突变均可能导致该酶的过度活化,并存在于近30%的肿瘤中,其中KRAS基因突变发生于近90%的胰腺癌肿瘤中。即便没有发生RAS突变,肿瘤的生成也可能因RAS上游组分(如生长因子受体)的突变而依赖于RAS活性。因此,RAS酶成为了重要的癌症治疗靶点。


RAS信号通路(图片来源:Nat Rev Cancer


然而,至今尚无一种上市药物能够靶点抑制RAS酶的活性,RAS也因此被冠上了“不可成药蛋白”的标签。不过,研究人员一直没有放弃开发出RAS靶向抑制剂的努力。

最近,伊利诺伊大学芝加哥分校的John P O’Bryan教授和芝加哥大学Shohei Koide教授的联合团队在这一领域取得了重要突破。他们采用了monobody技术,合成出了一种抗体类似物NS1,能够结合到H-RAS和K-RAS上一个至今不为人知的别构调节位点,通过阻止上述两种RAS活化所需的二聚化过程,达到抑制其下游信号通路活性的效果。这一成果发表于近期的Nature子刊《Nature Chemical Biology》上。


Shohei Koide教授(左)和John P O’Bryan教授(右)


“我们并没有直接去寻找一种药物或抑制剂,”John P O’Bryan教授说道:“而是采用monobody这样的一种蛋白质工程技术,鉴定出对于RAS行使其功能十分重要的区域。”

Monobody技术基于在结构上与抗体可变区类似的人纤连蛋白结构域FN3,通过定向进化的方式,开发出能够高选择性结合目标蛋白的抗体类似物monobody。由于体积小且结构稳定,人们可随时通过向细胞内引入表达载体,使其合成出monobody,直接作用于该细胞内的靶点。由于在设计时回避了monobody内二硫键的形成,这些抗体类似物的活性不受细胞内氧化还原状态的影响,因此可在更多样的环境下稳定地发挥作用。

在NIH 3T3细胞系的体外转化实验中,NS1能够显著遏制H-RAS、K-RAS及其上游的HER2突变所引发的癌变,而对其下游的BRAF和MEK1以及N-RAS的突变所引起的癌变则没有抑制作用。与此相符的是,当作用于H-RAS发生G12V突变的人类膀胱癌细胞时,NS1可有效抑制H-RAS下游ERK激酶的活化,而对表达有V600E突变BRAF的黑色素瘤细胞则没有抑制效果。



NS1与H-RAS相互作用界面(图片来源:Nature Chemical Biology


进一步的结构分析显示,H-RAS和K-RAS上的R135位点对于NS1与之的结合至关重要,而N-RAS中的135号位点则不是精氨酸(R),而是赖氨酸(K)。R135参与介导了GAS的二聚化过程,从而促使其结合到细胞膜上,激活下游的信号通路。这也就解释了为何NS1能够抑制H-RAS和K-RAS的活性,而对N-RAS无影响。

“开发出有效的RAS抑制剂可以说是癌症疗法研究领域‘皇冠上的明珠’,”John P O’Bryan教授说道:“我们现在有了一个强大的工具,可以进一步地去研究RAS的功能。尽管要将这一发现走出实验室还需更多的研究和试验,这一研究为我们开发出通过靶向RAS来抑制肿瘤生长提供了新的思路。”

参考资料:

[1] Inhibition of RAS function through targeting an allosteric regulatory site

[2] Researchers discover way to inhibit major cancer gene

[3] Monobody: Wikipedia


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