引言
真核翻譯起始因子4E（eIF4E）能刺激與癌細胞生長和轉移有關的蛋白翻譯。eIF4E歷來是極富挑戰性的靶標，抑制劑較少且藥效不穩定。能與靶標長久結合的共價機制有可能是解決該問題的新穎策略。大多數有針對性的共價藥物通過修飾半胱氨酸發揮作用，eIF4E結合位點周圍沒有半胱氨酸只有親核性較弱的賴氨酸可作為共價靶向殘基。加州大學舊金山分校Brian K. Shoichet和Jack Taunton團隊通過共價對接篩選發現了第一種具有具有細胞活性的共價eIF4E抑制劑，為開發選擇性靶向賴氨酸的共價配體提供可借鑑的策略。
先睹為快
靶點
eIF4E：真核翻譯起始因子4E（PDB ID：4DT6）
數據庫
基於Enamine構建的含芳基磺酰氟庫（88186個小分子）
計算方法
共價對接
MM-GBSA
計算軟件
DOCKovalent
計算流程
Brian K. Shoichet/Jack Taunton團隊運用共價對接虛擬篩選策略來發現靶向賴氨酸的真核翻譯起始因子4E (eIF4E)抑制劑。基於Enaimine設計了含芳基磺酰氟彈頭的約9萬個小分子並通過共價對接篩選靶向Lys162的分子。對第一輪7個最佳化合物質譜分析後，得到2個活性分子（化合物2和3），基於活性更好的化合物2得到2239個衍生物進行第二輪共價對接篩選，對第兩輪篩選得到打分靠前的5個化合物進行生物活性測驗，發現2個活性更好的化合物8和9，共結晶結構揭示化合物8和9與靶標的共價結合機制，不同於以往可逆結合的無細胞活性的抑制劑，對化合物9進行結構優化得到活性更好的化合物。
背景
真核翻譯起始因子4E（eIF4E）抑制劑可逆地結合eIF4E並帶負電荷，去除負電荷會導致結合親和力急劇下降。eIF4E的結合位點有可被共價靶向的賴氨酸，因此，利用共價抑制劑高親和力和強選擇性的特點來解決現有eIF4E抑制劑無細胞活性的問題有一定的可行性。
共價對接篩選與晶體結構驗證
加州舊金山分校的Brian K. Shoichet/Jack Taunton團隊應用共價對接虛擬篩選策略來發現靶向賴氨酸的真核翻譯起始因子4E (eIF4E)抑制劑。基於Enaimine設計了含芳基磺酰氟彈頭的約9萬個小分子並通過共價對接篩選靶向Lys162的分子。對排名靠前的219個分子進行了關鍵殘基相互作用的檢查，對第一輪7個最佳化合物質譜分析後，得到2個活性分子（化合物2和3），基於活性更好的化合物2得到2239個衍生物進行第二輪共價對接篩選，對第兩輪篩選得到打分靠前的5個化合物進行生物活性測驗，發現2個活性更好的化合物8和9，化合物8和9分別與蛋白的共結晶結構以及突變試驗，揭示了這些化合物與靶標的共價結合機制，不同於以往可逆結合的鳥嘌呤類似物抑制劑，首次發現它們是一種具有細胞活性的共價eIF4E抑制劑。
結構優化
對化合物9進行結構優化得到化合物10，效力相對於9提高了50倍，而改造後的化合物11和12，IC50分別提高了157和581倍。且測定的kinact/Ki參數顯示化合物11和12形成共價鍵的效率整體相對於化合物10提高了40~50倍，表明環外胺對共價鍵形成速率的影響要大於對可逆結合親和力的影響，這可能是通過特異性可逆結合的芳基磺酰氟來進攻Lys162。將化合物12與過表達野生型和K162R eIF4E的細胞一起培養，發現12在未轉導的細胞和過表達的野生蛋白中抑制依賴性翻譯過程，但在過表達的突變型蛋白中沒有抑制作用。證明了eIF4E的共價修飾是其抑制作用的基礎。
亮點
（1）共價賴氨酸抑制劑的對接策略可廣泛用於其他具有挑戰性且缺乏半胱氨酸的靶標；
（2）可以通過確定適用於共價反應的新彈頭和按需定製分子庫來擴大可用的化學空間；
（3）化合物12以及等位基因突變體K126R提供了一個新的化學生物學工具，可用於eIF4E的快速滅活及闡明其在翻譯控制中的複雜細胞作用。
圖1. eIF4E共價抑制劑的結構優化.
參考文獻
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
閱讀更多 中大唯信 的文章
