Nat Chem:诱导铁死亡的抗肿瘤小分子发现及其靶标识别

2019-06-17 王雪飞&张健 分子设计

铁死亡(Ferroptosis)作为一种非凋亡的新型细胞死亡方式,主要细胞内产生了致死水平的脂质活性氧自由基(lipid Reactive Oxygen Species,lipid ROS)积累,而这一积累过程需要铁离子的参与,因而称为铁死亡。

铁死亡(Ferroptosis)作为一种非凋亡的新型细胞死亡方式,主要细胞内产生了致死水平的脂质活性氧自由基(lipid Reactive Oxygen Species,lipid ROS)积累,而这一积累过程需要铁离子的参与,因而称为铁死亡。利用铁死亡进程进行抗肿瘤药物开发处于起步阶段,近日Nature Chemistry发表了合成改造于天然产物的活性小分子ferroptocide,具有快速稳健地诱导肿瘤细胞死亡的效应,并进一步通过机制研究发现其作用的新靶标硫氧还蛋白(Thioredoxin,TXN)。这一发现为利用铁死亡进行抗肿瘤新靶标新机制的药物研发开创了重要的前期基础和优质先导分子。

天然产物一直以来都为药物研发提供多种立体结构多样的小分子骨架,包括达菲在内的多种上市药物均来自于对天然产物骨架的改造。二萜天然产物pleuromutilin是真菌的有效抑制剂,由多环组成,并有8个连续的立体中心。研究人员使用“复杂到多样”策略(complexity-to-diversity,CtD)对其进行化学多样性改造,合成了17个具有不同修饰的化合物,在抗肿瘤表型初筛中发现其对卵巢透明细胞癌ES-2细胞具有杀伤活性,进一步优化获得了ferroptocide分子,该化合物已经不再具有抗真菌活性,而是特异性对ES-2细胞比化疗药5-FU具有更好的效果。



为了进一步阐明这类新骨架分子的抗肿瘤机制,研究人员将ferroptocide的细胞死亡速度与其他批准的具有明确机制的化学治疗药物进行比较,发现在不同癌症类型的多种细胞系中,由ferroptocide诱导的细胞死亡很快,由此猜测其诱导非凋亡细胞死亡。通过AV/PI染色分析,透射电子显微镜(TEM)检查由ferroptocide诱导的细胞形态变化等数据,再次表明ferroptocide快速诱导的非凋亡细胞死亡与线粒体密切相关,对线粒体活性具有破坏性作用。

进一步机制筛查发现,利用亲脂抗氧化剂trolox,抑制剂ferrostain、铁螯合剂DFO等处理ES-2细胞,它们显著保护了ferroptocide诱导的细胞死亡,而对细胞凋亡诱导剂Raptinal没有作用,提示ferroptocide处理后的铁依赖性脂质过氧化积累是细胞死亡的原因。



Ferroptocide是铁死亡的诱导剂,它究竟是作用在哪个靶标蛋白上呢?

SAR表明ferroptocide生物活性取决于亲电基团α-氯酯的存在,提示其可能对靶标进行了共价修饰。接下来研究人员进行凝胶内荧光研究评估细胞中的共价修饰。将来自HCT 116细胞系的高亲和力靶标与ES-2细胞中鉴定的靶标进行比较。为了区分细胞外和细胞毒性相关的靶标,他们还使用siRNA和CRISPR-Cas9策略。排除了PTGES2,PGLS,TXNRD1,TXNRD2,TXNRD3和PDP1蛋白,最终确定其靶标是硫氧还蛋白(thioredoxin,TXN)。



硫氧还蛋白是一种12kDa普遍存在的氧化还原酶,在硫氧还蛋白抗氧化系统中起关键作用。为了鉴定ferroptocide修饰硫氧还蛋白的位点,他们分别突变了TXN的5个半胱氨酸为丝氨酸,荧光标记实验结果表明修饰的活性位点在TXN的C32S、C35S和C73S这三个位置。ferroptocide可以共价修饰改变TXN的上述半胱氨酸,从而抑制其在细胞中的活性。由于硫氧还蛋白是主要抗氧化系统的关键组成部分,该调节可能使细胞易受氧化应激的影响,从而导致脂质过氧化和细胞过程中的其他不平衡,最终导致细胞死亡。在小鼠模型中进一步验证了Ferroptocide对小鼠皮下4T1肿瘤生长的抑制。

因此,利用天然产物丰富的骨架进行筛选会提高新机制的药物发现。然而要将其用于研发药物,并解决天然产物普遍存在的体内靶标混杂性问题,不仅要解决其合成的可行性以便于优化,更为重要的是,在疾病中对于天然产物来源小分子的机制研究,并明确其主要靶标,也是其成为潜力药物活性分子进行药物研发的必要因素。

原始出处:

版权声明:
本网站所有注明“来源:梅斯医学”或“来源:MedSci原创”的文字、图片和音视频资料,版权均属于梅斯医学所有。非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章,本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
在此留言
评论区 (1)
#插入话题
  1. 2019-06-18 lovetcm

    可能成为全新靶点,非常有价值。不过铁死亡是通用机制,诱导铁死亡可能会带来很多严重不良反应,总之,创新永远没有这么容易

    0

相关资讯

Cell :中风治疗新篇章-抑制细胞铁死亡

研究发现神经元通过诱导硒蛋白(包括谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4))对铁死亡相关刺激做出反应。硒(Se)可在铁死亡过程中增强GPX4和其它基因的转录,通过共激活转录因子TFAP2c和Sp1来保护神经元,在中风的营养和治疗中有重要意义。

Nat Commun:GPX4依赖的癌细胞状态是透明细胞表型的基础并与细胞铁死亡有关

透明细胞肿瘤(CCCs)是一种高度恶性化的组织,通常起源于肾脏和卵巢。CCCs可以通过异常的脂糖原积累来区分,并且对很多抗癌疗法具有耐受性。最近, 有研究人员鉴定了固有的细胞铁死亡脆弱性与CCCs中独特的细胞代谢状态有关。该脆弱性超越了家系和遗传背景,并且可以通过利用细胞分子来抑制谷胱甘肽过氧化物酶(GPX4)来进行研究。研究人员利用CRISPR筛选和脂质体分析,研究人员鉴定了缺氧诱导因子(HIF

Cell Rep:防癌卫士p53也会帮助癌细胞 避免发生铁死亡

癌细胞如何应答营养匮乏目前仍然不是特别清楚。在某些癌细胞内,半胱氨酸的缺乏会诱导铁依赖性细胞死亡,叫做铁死亡(ferroptosis),这种细胞死亡方式不同于细胞凋亡。最近的一些证据表明铁死亡的敏感性可能受到应激应答转录因子和经典肿瘤抑制因子p53的调节。

Cell Rep:看看肿瘤细胞是如何被饿死的!

癌细胞能通过改变细胞外营养物质的吸收与利用,从而重新组其新陈代谢机制。近期发表在Cell Rep中的一篇文章,其将表达普通激活癌基因的同种细胞作为研究对象,并分别将同种基因细胞中的氨基酸营养耗尽。目的是研究肿瘤细胞营养供给与生存能力之间的关系。

Nature子刊:能杀死癌细胞的“铁死亡”疗法是怎么一回事?

细胞有很多种死亡方式,包括凋亡、自噬和坏死。近年来,“铁死亡”(ferroptosis)作为一种新的细胞坏死方式逐渐进入了人们的眼帘。不同于通常的细胞坏死,铁死亡是一种受调控的坏死过程。铁死亡是由于膜脂修复酶——谷胱甘肽过氧化物酶(GPX4)失效,造成膜脂上活性氧自由基(ROS)的积累所致,而这一积累过程需要铁离子的参与。多种物质和外界条件可引发铁死亡。小分子erastin通过抑制质膜上的胱氨

华人声音Nature:p53介导“铁死亡”抑制肿瘤进展

近日,细胞生物学领域著名华人科学家Wei Gu在国际期刊nature在线发表了他们的最新研究进展,他们发现经典肿瘤抑制因子p53能够通过调节细胞胱氨酸代谢以及ROS应答,介导ferroptosis过程,抑制肿瘤生长,拓展了人们对p53功能的新认识。 p53是一种肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene),在所有恶性肿瘤中,50%以上会出现该基因的突变。p53介导的细胞周期

打开APP