基于化学生物学方法的精氨酸甲基化酶PRMT4靶点确证研究

Biological system utilizes simple modification on the nucleotides or amino acids to produce exponential complexity to adapt the changes of environment. Methylations on DNA or RNA or proteins are common in biology, making it an important phenomenon to study with. Arginine methyltransferases can mono-, asymmetric or symmetric di-methylat arginine in histone or non-histone proteins, enabling it performing sophisticated functions. Based on our previous discovery of high potent and selective PRMT4 inhibitors, we anticipate to validate the PRMT4 as drug target with the chemical biology approach. We will firstly synthesize the analogues of cofactor SAM. Combining with our identified PRMT4 inhibitors, we will set up to identify the other components of complex of PRMT4 and direct substrate of methylation. Then, through detailed biological study, we can confirm the finding results, and validate the probability of PRMT4 as drug target. Therefore, we can gain the clinical value of PRMT4, and provide new direction for PRMT4 inhibitor development.

生物系统采用简单的核苷或氨基酸修饰产生指数级的复杂性，从而应对外界环境和内部系统的变化。从DNA到RNA到蛋白质均存在甲基化修饰表明甲基化是一种非常重要的修饰模式。而精氨酸甲基化酶因可以采用单、对称、非对称模式的甲基化修饰组蛋白和非组蛋白而呈现更为复杂的生物功能。我们前期针对精氨酸甲基化酶4（PRMT4）开展了选择性的抑制剂设计合成研究，获得了一类高活性高选择性PRMT4抑制剂。本申请基于此，首先将合成辅酶因子SAM的烷基化、光敏、click类似物，结合高选择性抑制剂期望通过化学生物学方法开展PRMT4靶点确证研究，从而鉴定和发现PRMT4所参与的蛋白复合物及直接甲基化的底物，继而开展深入的蛋白功能确证，从而明确PRMT4的细胞功能，确证PRMT4作为靶点的可行性及临床价值，为抑制剂开发提供明确方向。

PRMT4作为蛋白质精氨酸甲基转移酶家族中最早被鉴定的转录调控因子，催化精氨酸的单甲基化与不对称双甲基化。它不仅能甲基化特定的组蛋白位点，也能甲基化众多非组蛋白。PRMT4在乳腺癌、结肠癌、膀胱癌、肺癌、肝癌与卵巢癌等癌症中异常表达，并且与白血病以及淋巴瘤、糖尿病、病毒感染、免疫反应与炎症的发生存在密切联系。因此，PRMT4被认为是非常具有潜力的治疗靶点。.本研究探索了精氨酸甲基化酶PRMT4作为药靶的潜力。我们主要从靶点的敏感细胞株入手，开展了深入的敏感群体及敏感标志物的发现研究。同时我们也开展深入的小分子抑制剂的优化工作，从中发现高活性的候选化合物。经多轮的基于结构模式的先导物优化，我们最终获得了高活性、高选择性抑制剂3个，进一步的药代和体内药效学探索表明化合物31、155具有优异的瘤内组织分布特性，且具有较好的肿瘤免疫方面的价值，值得深入探索。.同时基于上述的研究结果，我们也开展了蛋白组学的研究，获得了PRMT4重要的与肿瘤发生发展密切相关的底物以及相关的信号通路。RNA-seq及siRNA干扰等试验确证了JAK/STAT3信号通路与PRMT4的肿瘤生物学功能有重要的关联。同时采用鼠源肿瘤模型也研究了该靶点的肿瘤免疫相关的潜在治疗价值，发现肿瘤免疫的作用主要是通过肿瘤巨噬细胞来发挥作用。.通过上述的研究，我们发表了阶段性研究成果，两篇文章均发表于药物研究的知名期刊JMC上，也获得了广泛关注。同时我们对具潜力的一类化合物也进行专利申请，利于后续的新药研发。

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