哥倫比亞大學(xué)和Nimbus Therapeutics的研究人員表示，他們已經(jīng)揭開了一種代謝酶的神秘面紗，這種酶可能成為癌癥治療的下一個主要分子靶點。該團隊已經(jīng)確定了人體ATP-檸檬酸裂解酶(ACLY)的三維結(jié)構(gòu)，其在癌細(xì)胞增殖和其他細(xì)胞過程中起關(guān)鍵作用。

發(fā)表在“自然”雜志上的研究結(jié)果(“有效抑制人體ATP-檸檬酸裂解酶的變構(gòu)機制”)代表了更好地理解酶的第一步，以便為患者創(chuàng)造有效的分子靶向療法。雖然之前的實驗已經(jīng)成功完成了酶的片段，但目前的工作揭示了人類ACLY在高分辨率下的完整結(jié)構(gòu)。

“ATP-檸檬酸裂解酶(ACLY)是一種中心代謝酶，催化ATP依賴性檸檬酸和輔酶A(CoA)轉(zhuǎn)化為草酰乙酸和乙酰輔酶A.乙酰輔酶A產(chǎn)物對脂肪酸的代謝，膽固醇的生物合成以及蛋白質(zhì)的乙酰化和異戊烯化至關(guān)重要。ACLY作為抗癌藥物的靶標(biāo)已引起相當(dāng)大的興趣，因為許多癌細(xì)胞依賴于其增殖活性。ACLY也是抗血脂異常和肝脂肪變性的靶標(biāo)，目前正在進行III期臨床試驗。據(jù)報道，許多ACLY抑制劑已被報道，但其中大多數(shù)都具有較弱的活性，“研究者寫道。

“在這里，我們報告了人類ACLY的一系列低納摩爾，小分子抑制劑的發(fā)展。我們還通過冷凍電子顯微鏡確定了與這些抑制劑之一(NDI-091143)復(fù)合的全長人ACLY同型四聚體的結(jié)構(gòu)，其揭示了意想不到的抑制機制。該化合物位于檸檬酸鹽結(jié)合位點旁邊的變構(gòu)的，主要是疏水的空腔中，并且需要酶的大量構(gòu)象變化，間接破壞檸檬酸鹽結(jié)合。觀察到的結(jié)合模式由這些化合物的結(jié)構(gòu) - 活性關(guān)系支持并解釋。這個變構(gòu)位點極大地增強了ACLY的“可藥性”，并成為開發(fā)新的ACLY抑制劑的有吸引力的目標(biāo)。“

“ACLY是一種代謝酶，可控制細(xì)胞內(nèi)的許多過程，包括癌細(xì)胞中的脂肪酸合成。通過抑制這種酶，希望我們可以控制癌癥的發(fā)展，“哥倫比亞大學(xué)生物科學(xué)系教授兼研究員，該研究的高級作者梁彤博士說。“此外，該酶還具有其他作用，包括膽固醇生物合成，因此針對該酶的抑制劑也可用于控制膽固醇水平。”

靶向治療是癌癥研究的一個活躍領(lǐng)域，涉及識別癌細(xì)胞中的特定分子，幫助它們生長，分裂和傳播。通過針對這些變化或用治療藥物阻斷它們的作用，這種類型的治療會干擾癌細(xì)胞的進展。

今年早些時候，另一組研究人員展示了貝寧酸III期臨床試驗的結(jié)果，這是一種治療高膽固醇患者的口服療法。該藥物是第一代ACLY抑制劑，單獨服用可降低低密度脂蛋白(LDL)膽固醇30%，與他汀類藥物聯(lián)合使用可降低20%。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)ACLY在幾種類型的癌癥中過度表達(dá)，并且實驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)“關(guān)閉”ACLY導(dǎo)致癌細(xì)胞停止生長和分裂。了解ACLY的復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)將指出抑制的最佳領(lǐng)域，為靶向藥物開發(fā)鋪平道路。

Tong和Jia Wei博士是他實驗室的副研究員，他使用紐約結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心的設(shè)施，進行了低溫電子顯微鏡(cryo-EM)來解決ACLY的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。Cryo-EM允許使用電子顯微鏡對冷凍生物樣本進行高分辨率成像。然后將一系列2D圖像計算重建為精確，詳細(xì)的復(fù)雜生物結(jié)構(gòu)(如蛋白質(zhì)，病毒和細(xì)胞)的三維模型。

“藥物發(fā)現(xiàn)過程的一個關(guān)鍵部分是了解這些化合物在分子水平上的作用，”Tong說，他的實驗室專注于生物分子的機制和功能。“這意味著確定與目標(biāo)結(jié)合的化合物的結(jié)構(gòu)，在這種情況下是ACLY。”

Tong表示，低溫EM結(jié)果顯示出有效抑制ACLY的意外機制。研究小組發(fā)現(xiàn)，抑制劑結(jié)合需要酶結(jié)構(gòu)的顯著變化。然后，這種結(jié)構(gòu)變化間接阻斷底物與ACLY的結(jié)合，從而防止酶活性發(fā)生。這種新的ACLY抑制機制可以為開發(fā)治療癌癥和代謝紊亂的藥物提供更好的方法。

“這篇論文是我們在Nimbus工作如何結(jié)合尖端技術(shù)，計算方法和深度藥物發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗以產(chǎn)生新的科學(xué)見解的一個很好的例子，”Nimbus首席執(zhí)行官Jeb Keiper說。“我們很高興繼續(xù)與專家合作，因為我們會審問新的目標(biāo)并加深我們的治療方案。”