【原】抑制天冬酰胺合成酶的红没药角鲨烯A的发现--期待开发以癌症代谢特性为目标的新型抗癌剂

Wsz6868 2023-11-12 发布于浙江

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抑制天冬酰胺合成酶的红没药角鲨烯A的发现--期待开发以癌症代谢特性为目标的新型抗癌剂

概要

研究小组由京都大学研究生院药学研究科教授挂谷秀昭、燕军班同博士后期课程学生、堂前直理化学研究所环境资源科学研究中心单元组长、西尾和人近畿大学医学部教授、平野秀典庆应义塾大学研究生院理工学研究科特任副教授等组成，发现了阻碍天冬酰胺合成酶( ASNS )的微生物代谢产物红没药角鲨烯A ( bis a ) 1，明确了其作为非小细胞肺癌2的抗癌剂系列的前景。天冬酰胺合成酶( ASNS )是以L-谷氨酰胺( L-Gln )为氮源，从L-天冬氨酸( L- Asp )生物合成L-天冬酰胺( L-Asn )酶，是L-Asn的de nn ASNS在肺癌、大肠癌、急性淋巴性白血病等中有高表达的报告，作为有助于癌症恶化、复发和耐药性的分子靶点备受瞩目，但现有的ASNS抑制剂存在细胞膜通透性和化学结构多样性低等问题。本研究小组发现，将含有新的噬菌体4的Bis A进行单剂处理或与L-天冬酶5和mTORC1抑制剂6并用，显示出显著的抗癌活性，有望开发以癌症代谢特性为目标的新抗癌剂。本研究成果于2023年10月30日刊登在“欧洲日报”的在线版上。

1 .背景

癌细胞有很高的营养要求，缺乏L-谷氨酰胺( L-Gln )和L-天冬酰胺( L-Asn )等会抑制肺癌、乳腺癌、白血病细胞、前列腺癌等的增殖和转移。降低细胞外L-Asn的L-天冬氨酸酶5已经被批准为急性淋巴性白血病( ALL )的治疗药物，但是，伴随治疗的细胞内天冬酰胺合成酶( ASNS:asparagine synthetase )的表达上升所导致的耐受性成为一大课题 AsnS是负责ASN的de novo合成3的细胞内蛋白质合成的限速酶，在肺癌、前列腺癌、胰腺癌等中高表达，作为癌症分子靶点非常引人注目。 ASNS由561个残基的氨基酸构成，在n端侧(1-216 )具有谷氨酰胺酶域，在c端侧( 217- 561 )具有合酶域，使作为底物的L-天冬氨酸( L-Asp )与ATP反应迄今为止，基质L-Asp、模拟迁移状态的抑制剂和白金制剂等作为ASNS抑制剂已有报告，但存在细胞膜通透性低和化学结构多样性少等问题。因此，本研究以开发以ASNS为目标的抗癌剂系列为目标。

2 .研究方法.成果

首先，为了获取以ASNS为靶点的候选治疗药物，我们建立了适合使用重组人ASNS的高通量筛选( HTS )的评估体系。接着，使用原位化合物库(含有独自的天然有机化合物、合成化合物)实施HTS，结果发现，新的ASNS抑制了丝状菌西布氏杆菌属RF-7260产生的二氮杂环丙烷型类甲萜——二氮杂环丙烷A(Bis A ) 1 使用LC-MS/MS分析体外抑制机制的结果表明，Bis A主要与ASNS的K556结合，抑制-aspartyl-AMP中间体的生成。通过CovDock对由Bis A和ASNS组成的复合体进行的in silico分析结果显示，成功获取了ASNS的K556周边的结合口袋的详细信息。另一方面，Bis A对人非小细胞肺癌A549细胞株显示出显著的增殖抑制效果( IC50: 1.7 M )，该增殖抑制效果因添加Asn而减弱。另外，细胞热位移分析( CETSA )强烈提示Bis A在细胞内也以ASNS为目标，并且，Bis A通过与L-天冬酶的并用显示出了协同效应。另外，Bis A还表明会引起氧化应激和细胞凋亡，阻碍细胞迁移和上皮间叶转换( EMT ) 7等，从而抑制癌症的转移·恶性化。另外一方面，在Bis A处理过A549细胞中，通过RNAseq数据、Western blot等的详细分析，作为负反馈路径，选择了PI3K-AKT-mTORC1路径、GCN2-eIF2a-ATF4路径(氨基酸应答因此，研究表明，在A549细胞中，联合使用Bis A和mTORC1抑制剂6 (雷帕霉素，Torin1)可以抑制负反馈通路，发挥更明显的增殖抑制效果。本研究成果将成为确立单剂处理ASNS抑制剂或与L-天冬酶和mTORC1抑制剂并用的癌症化疗的基础研究，有望开发以癌症特有的代谢特性为目标的新型抗癌剂。

3 .波及效果，今后的安排

本研究成果是将天然物化学生物学研究和癌症代谢特性研究等相结合而得到的研究成果，Bis A的化学结构与现有的ASNS抑制剂大不相同，具有新的噬菌体核心2。 Bis A和ASNS复合体的in silico分析信息，有望为今后以Bis A为起点的新型ASNS抑制剂的设计和创制带来有用的知识，并有望开发独创性高的新型抗癌剂。另外，Bis A与L-天冬酶和mTORC1抑制剂的并用效果，有望给今后使用ASNS抑制剂的癌症化疗带来福音。

4 .关于研究项目

本研究是与京都大学、理化学研究所、近畿大学、庆应义塾大学的共同研究。另外，在科学研究费资助事业(新学术领域研究(研究领域提案型)“化学交流前沿”、学术变革研究a“天然物织成的化合物潜在空间开拓的生物活性分子设计”)、日本医疗研究开发机构生命科学创药研究支援基础事业( BINDS )、日本科学技术振兴机构( JST )等的支援下实施。

<术语解释>

※1红没药角鲨烯A ( bisabosqual a:bis a ) :由丝状菌棘球菌属RF-7260株产生的bisaboran型甲腺萜类化合物。 ※2非小细胞肺癌:占肺癌8-9成，分为腺癌、鳞状细胞癌、大细胞癌。 ※3 de novo合成:指在生物代谢途径中，一种物质作为原料由另一种物质新生物合成。 ※4法玛可荷:药剂显现药效所需的化学结构。 ※5 L-天冬氨酸酶:水解L-天冬氨酸生成的酶。 ※6 mTORC1抑制剂:控制代谢调节、细胞增殖、自噬等多种反应的MTO rc1 ( mammalian target of rapamycin complex1)的药物，如雷帕霉素和Torin 1。 ※7上皮间充质转化( epithelial-mesenchymal transition:EMT ) :指上皮细胞通过失去其细胞极性和与周围细胞的细胞黏附功能，获得迁移浸润能力而转变为间充质样细胞。

<论文标题和作者>

标题: bisabosqual a:a novel asparagine synthetase inhibitor suppressing the proliferation and migration of human non-small cell lung cancer A549 cells ( Bisaboxara :抑制人非小细胞肺癌A549细胞增殖转移的新型天冬酰胺合成酶抑制剂) 作者: Yanjun Pan，Takehiro Suzuki，Kazuko Sakai，Yoshinori Hirano，Hiroaki Ikeda，Akira Hattori，Naoshi Dohmae，Kazuto Nishio Hideaki Kakeya（Yanjun Pan, 鈴木健裕, 坂井和子, 平野秀典, 池田拓慧, 服部明, 堂前直, 西尾和人, 掛谷秀昭）刊登杂志: European journal of pharmacology.

doi 10.1016/j.EJ phar.2023.176156

研究人员的评论

这次，作为ASNS抑制剂发现了具有新噬菌体的微生物代谢产物Bis A，对非小细胞肺癌细胞的抗癌活性进行了各种研究，结果表明，通过Bis A单剂处理或者将Bis A与L-天冬氨酸酶或mTORC1抑制剂并用，会显示出明显的抗癌活性期待本研究成果与以癌症代谢特性为目标的创新抗癌剂的开发和化学疗法的开发有所关联。