【佳学基因检测】血液学癌症中RNA结合蛋白的小分子抑制药物

近年来，生物医学的进展揭示了基因表达调控的转录后机制在病理条件下的重要作用。在一般的癌症和特别是白血病中，RNA结合蛋白已成为RNA同源性的重要调节因子，在疾病状态下通常失调。在确定了这些致病机制的重要性后，已经做出了许多努力，使用基于寡核苷酸的策略以及小的有机分子靶向RNA结合蛋白。随着生物医学知识、小分子筛选策略以及合成和构建复杂小分子的改进化学方法的融合，该领域正处于一个令人兴奋的转折点。在这里，我们回顾了转录后基因调控的机制，特别是在白血病中，目前基于小分子的靶向RNA结合蛋白的努力，以及未来的前景。

本文关键词：

急性白血病；RNA结合蛋白；RNA剪接；药物发现；转录后基因调控。

佳学基因检测为什么要研究针对RNA结合蛋白的小分子药物

基因表达失调是许多疾病状态的核心，发生在转录和转录后控制的几个水平。虽然转录控制和失调已被广泛研究，但转录后机制的作用最近才成为关注的焦点，作为一种重要的致病机制。这些机制显著地涉及RNA结合蛋白（RBP）的活性，RNA结合蛋白是一种功能和结构异质的一类蛋白质，仅通过其与RNA结合的能力而统一。RBPs控制着一系列对mRNA分子的合成和稳态很重要的过程。此外，据报道，RBPs在多种疾病状态下失调，其病理通常表现为表达水平改变。这种类型的失调适合于药物靶向治疗，特别是在RBPs过表达的情况下。通过寡核苷酸或其他基于核酸的技术靶向RBPs已经花费了大量的努力，特别是在神经疾病方面取得了一些显着的成功。在这里，我们关注的是小分子靶向RBPs的治疗现状。首选

RNA结合蛋白调节细胞内一系列RNA稳态机制

细胞内存在三种主要的RNA聚合酶，它们从DNA转录RNA。RNA聚合酶I主要负责转录核糖体RNA，RNA聚合酶II是转录大量信使RNA（mRNA）的酶，而RNA聚合酶III主要负责转录短RNA，如转移RNA和小核仁RNA。在这些聚合酶中，RNA聚合酶II受到DNA结合蛋白的调控，如转录因子和表观遗传调节因子。RNA聚合酶II与DNA结合蛋白的相互作用是基因表达调控的第一步。然而，一旦产生前mRNA，它就会经历一系列加工步骤，包括由RBPs介导的剪接、加帽和聚腺苷酸化。有许多RBPs可能参与RNA二级结构的“折叠”或生成（RNA解旋酶）。mRNA分子受到修饰，构成所谓的表观转录组标记。后一个过程似乎是动态的，一些蛋白质沉积修饰（即“写入者”），而另一些蛋白质去除修饰（“擦除器”），N6-甲基腺苷（m6A）是最常见的表观转录组标记，尽管已经记录了100多种。基因表达的最后一步是mRNAs在核糖体中翻译成蛋白质，蛋白质本身受到各种共价修饰的进一步修饰。成熟的修饰mRNA分子可以被调节其稳定性和进入细胞内翻译机制的RBP结合。这类RBP的一个重要类别是Argonaute蛋白，它与辅助蛋白一起构成RNA诱导的沉默复合物（RISC）。反过来，RISC的活性依赖于microRNAs，microRNAs是通过序列同源性结合mRNAs的小RNA分子。这些是由基于RNA聚合酶III的转录编码的miRNA基因产生的，随后是一系列内切核糖核酸加工步骤。基于miRNA/RISC的mRNA稳定性和翻译抑制已被认为是调节转录后基因表达的主要机制之一。从前面的讨论中可以明显看出，RBP可以根据它们的细胞生物学功能进行表征：剪接因子、加帽酶、聚腺苷酸化因子、RNA解旋酶、表观转录组作家、擦除器和阅读器。RBP的功能还可以表征为通过调节RNA稳定性（RISC依赖或非依赖）或通过mRNA分子的定位和运输发生（见图1总结的RNA稳态）。这些不同的概念化RBP功能的方式是重叠和非排他的，并在下面的章节中进行了讨论。我们还试图根据这些不同的概念化RBP功能来讨论新的潜在疗法。

癌症和白血病的RBP失调

RBPs在癌症中表现出一系列失调，包括上调和下调以及突变。其中包括参与一系列不同RNA相关功能的蛋白质，许多功能研究现在已经证明了在驱动恶性转化中的因果或支持作用，包括癌症的许多特征。剪接因子在一系列血液学恶性肿瘤中显示出表达和/或突变，包括急性髓细胞白血病、骨髓增生异常综合征和慢性淋巴细胞白血病，以及实体瘤。在实验上，突变剪接因子的表达已被证明可以概括疾病的一些特征，例如点突变的SF3B1和SRSF2在骨髓增生异常综合征中的表达。除了剪接因子外，参与表转录组修饰的RBP已被证明在癌症中发挥作用，如m6A写入器METTL13和m6A擦除器FTO，它们在急性白血病中发挥功能作用。这些相同修饰的写入器，如YTHDF2和IGF2BP2蛋白，似乎可以稳定特定的m6A修饰的mRNA转录物并促进其翻译。此外，在微小RNA生物发生中重要的几个因素，如LIN28蛋白，似乎调节了癌症的因果关系。最后，许多对RNA稳定性很重要的蛋白质与癌症的因果关系有关。其中包括HuR（ELAVL1），它已经被广泛研究，对RISC依赖性和RISC非依赖性的mRNA稳定性方法都有影响。IGF2BP3也可能在解释m6A信号中发挥作用，其作用可能通过RISC对mRNA稳定性产生影响。然而，应该注意的是，关于IGF2BP3在白血病特定亚型中的促癌或抗癌功能，存在一些相互矛盾的数据。最后，翻译起始复合物的成分，如eIF4E，已被证明在癌症进展和转移中过表达和具有功能。总之，这些功能研究表明了RBPs和翻译后途径在驱动癌症中的重要性，并表明它们可能是癌症治疗的良好靶点。

设计针对RBP的靶向药物的注意事项

有趣的是，RBPs在癌症中的特定作用的最佳功能数据已被证明适用于在癌症中过表达的RBPs。在这些功能研究中，由已知致癌基因驱动的癌症中RBP的敲除和/或敲除导致各种癌症特征的强度降低和/或消除。鉴于化学拮抗/抑制可能比化学激动更容易实现，佳学基因解码认为靶向癌症中过度表达的RBPs具有很高的前景。RBP结合的RNA靶标的多样性导致了许多此类蛋白质具有“内务管理”功能的建议。尽管有明显的RBP在许多组织中具有高的基础表达，并且在癌症中可能真的是“管家基因”，但许多RBP显示出时间和空间限制的表达模式，包括一些表现出癌胚模式的RBP。应仔细分析RBP表达的现有数据，以评估“治疗窗口”。此外，有人认为，以序列无关的方式结合RNA的RBP似乎与组成型或管家功能有关，而那些具有序列特异性结合的RBP则似乎具有更特异的功能。因此，这种具有时间和空间限制表达模式的序列特异性RBP可能是癌症特异性抑制的理想候选。因此，蛋白质的结构、功能和结构分析也可能有助于理解RNA结合的要求。此外，RNA结合位点的高通量分析，例如从CLIP-seq获得的那些，以及通过结合位点数据与差异表达分析相结合来鉴定直接调节的mRNA靶标，可以有助于设计特异性测定，以测量针对特定RBP设计的治疗剂的靶上活性。已经使用各种方式靶向RBP，包括寡核苷酸、肽和小分子。每一种都有不同的优点和缺点；在当前的文章中，我们将回顾小分子方法。与其他靶向RBPs的策略相比，小分子疗法是一种理想的模式，因为它们通常具有良好的药代动力学特性，有可能口服给药并穿过细胞膜到达细胞内靶点。还有其他综述更全面地考虑了这些替代方法。

RBPs的结构特征和做为药物靶点的考虑因素

RBPs的结合可能取决于信使核糖核酸分子的一级序列、二级结构以及表观遗传学修饰（如m6A）。许多RBP的特征在于含有一个或多个与特定RNA序列和结构基序结合的RNA结合结构域（RBD）。最明确和流行的RBD是RNA识别基序（RRM）、hnRNP K同源性（KH）、DEAD/DEAH解旋酶和锌指结构域。然而，许多RBP缺乏这些结构域，并且结构域本身不一定赋予结合的特定mRNA序列。此外，许多RBP存在于大型多单元复合物中，正如剪接体中共同作用的剪接因子所充分证明的那样。传统上，RBP被认为是不可治疗的，因为大多数RBP缺乏酶活性，这为测量靶活性提供了方便的读数。小分子的合理设计也被认为是困难的，因为RBP内缺乏用于分子间相互作用或结合口袋的高度特异性结构基序。事实上，靶RNA序列的组合识别可能是许多RBP的规则，正如IGF2BP3所证明的那样，这使得设计能够靶向结合位点的小分子变得困难。此外，证明RBP功能丧失的抗癌作用的体内数据以前对许多蛋白质都缺乏。这些特征阻碍了基于小分子的RBPs靶向方法的发展。然而，最近，高通量筛选方法的出现和完善使RBPs的小分子抑制剂得以鉴定，这些抑制剂曾被认为是不可治疗的。

mRNA前体剪接的小分子抑制剂

前信使核糖核酸剪接成信使核糖核酸是真核细胞的一个基本过程，有助于正常的细胞功能。然而，前mRNA的异常剪接是癌症的一个公认特征，一种潜在的机制是恶性转录物的上调。控制剪接的蛋白质，即剪接因子RBPs，在癌症中经常突变或以其他方式失调。这为开发针对这些RBP的小分子提供了动力。在这里，我们强调了RBPs在致癌转录物翻译增加和小分子抑制剪接因子RBPs作用的发展中的作用。

SF3B1

SF3B1是剪接体的核心组成部分，剪接体是调节真核细胞剪接的机制。在许多血液系统恶性肿瘤中，SF3B1突变被认为是“驱动突变”，导致整体剪接模式失调。该机制被认为涉及关键致癌mRNA的替代剪接，改变mRNA稳定性和蛋白质同工型表达。因此，许多治疗策略试图特异性抑制这种剪接因子。据报道，小分子E7107、H3B–8800、Pladienolide B、Spliceostatin A、FR901464和Sudemycinol C和E与SF3B1结合。值得注意的是，预计Spliceostatin A将以共价方式通过烯酮头结合；然而，发现这种结合是以非共价方式发生的。非造血细胞系对7.1、7.3、7.4和7.5的生长抑制IC50值分别为3.2 nM、0.9 nM、31 nM和0.3 nM。这四种化合物被认为与SF3B1结合并干扰mRNA前体剪接，包括正常和突变。其中，7.1进入临床试验，但由于副作用而停止。另一种化合物7.2被证明通过干扰SF3b复合物与剪接分支点区域之间的相互作用直接抑制SF3B1复合物。7.2对白血病细胞系的IC50为13 μM。nM，并且表现出对剪接体突变细胞的优先杀伤作用，作者将其归因于编码剪接组分基因中富含GC的短内含子的保留。这可能解释了H3B–8800（7.2）对剪接体突变肿瘤细胞的优先杀伤作用，这些肿瘤细胞已经缺乏剪接，并且杀伤作用不能归因于突变细胞中单个靶标的表达。该化合物目前正在进行骨髓恶性肿瘤的临床试验。最近，化学蛋白质组学筛选已经鉴定出可以与SF3B1蛋白结合的小分子，但对剪接体突变细胞的特异性仍有待确定。剪接体复合物的其他组分，如SRSF1，也被其他组（7.8）靶向。

表观基因组学：靶向RNA修饰酶的小分子

在RNA分子上发现的最普遍的修饰是m6A、m1A、m5C和m7G。这些修饰在影响细胞中各种生物过程的基因调控中发挥着重要作用。其中，m6A（N6-甲基腺苷）是mRNA上发现的最丰富的修饰，也是在发育和癌症中研究最广泛的修饰。在急性髓细胞白血病（AML）中，m6A修饰在RNA中更为普遍，是癌症细胞生存所必需的，白血病和实体瘤中都有类似的模式。催化在腺苷的6位安装甲基以产生m6A是所谓的表转录组作家；第二组酶被称为橡皮擦，可以去除这种修饰。

利用小分子控制核出口

信使核糖核酸的核输出是一个关键步骤，可以使细胞质中出现及时和适当水平的基因表达。核转运抑制剂，特别是XPO1抑制剂，已在几种癌症中显示出临床相关活性，尤其是在多发性骨髓瘤中。具体而言，Selinexor（9.1）已被美国食品药品监督管理局批准用于多发性骨髓瘤的联合治疗，目前正在这方面以及其他血液学恶性肿瘤的研究中。Selinexor（9.1）通过与C528核输出信号结合槽中的XPO1共价结合发挥作用，从而抑制mRNAs的核输出。然而，人们认为，额外的RBP可能会以更微妙的方式监管核出口。例如，异质性核核糖核蛋白（hnRNPs）是一类与前信使核糖核酸的核输出结合并调节的RBPs。有几种不同的hnRNPs（a-U），每种蛋白质似乎都在特定的组织类型中选择性表达。hnRNAP K在人类AML中过表达，实验性过表达导致小鼠骨髓增生性疾病。化合物5（9.2）是一种针对hnRNP K开发的小分子抑制剂，IC50为1.4–3.6 µM[80]。另一种参与mRNA转运的RBP，YTHDC1似乎在癌症中发挥作用，并被YL-5092（9.3）抑制，IC50为7.4 nM通过与m6A结合位点结合。其他蛋白质如ELAVL1/HuR和IGF2BP1也被报道在核转运中发挥作用。

microRNA生物合成途径的小分子抑制剂

微小核糖核酸生物发生是另一种受RBPs高度调控的途径。值得注意的是，研究最多的miRNA调节因子之一是LIN28，它被靶向开发针对几种癌症类型的小分子。

靶向RNA稳定性修饰剂的小分子

RBPs可以通过解读表观转录组标记或通过调节RNA稳定性的其他机制（如RISC）来调节mRNA的稳定性。这些并不反映相互排斥的类别，m6A阅读蛋白包括IGF2BP蛋白和YTHDF蛋白。据报道，与RISC相互作用并对其进行调节的RBPs包括IGF2BP蛋白，以及HuR/ELAVL1和hnRNP蛋白家族。在白血病的情况下，这些靶标包括许多致癌mRNA转录本，如LIN28B、HMGA2和ZFP36L1。

靶向蛋白质翻译和/或mRNA的隔离

迄今为止讨论的转录和转录后机制的净效应是调节核糖体翻译成蛋白质的mRNA数量。mRNA可以自由地提供给核糖体，也可以被隔离到各种细胞器中，阻止翻译。佳学基因总结了调节RNA稳态这些步骤的选定的RBP。

基于接近度的小分子开发方法

近年来，通过嵌合小分子诱导化学邻近被认为是一种潜在的突破性药物开发方法。其中，蛋白质或蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）是异双功能分子，通过靶向特定蛋白质介导的泛素蛋白酶体降解来降解蛋白质，这是蛋白质降解的高度保守和核心途径。第一种方法是靶向甲硫氨酸氨基肽酶MetAP-2，嵌合体由与肽连接的小分子组成。此后，对该技术进行了大量改进，允许将两个化学部分连接在一起，一个靶向感兴趣的蛋白质，另一个靶向E3泛素连接酶。E3泛素连接酶的募集导致泛素侧链沉积在蛋白质上，然后靶向蛋白酶体降解。在RBP领域，最近的一份报告显示，这种方法可用于降解SF3B1，如前所述，还可用于靶向EIF4E。对于后一种策略，研究人员设计了m7G帽的7-苄基鸟嘌呤类似物，通常存在于mRNA分子的5’末端，与E3泛素连接酶募集的小分子连接。这种策略的另一个变体是所谓的RNA-PROTAC，其中RNA序列与结合泛素连接酶的化合物连接。对于序列特异性RBP（可能包括几个m6A阅读器），这种策略可能非常有用。最后，最近的研究导致了所谓的RIBOTAC的设计，其中嵌合分子的一部分靶向RNA分子，另一部分招募RNA降解酶，如RNA酶L或RNA酶H。最近有报道称，后一种方法成功地降解了microRNA miR-155。RBP结合小分子的进一步发展可以使RNA降解酶的募集成为降解RBP的特定RNA配体的靶向方法。随着具有特定功能的生物分子（泛素连接酶和RNA酶除外）的数量被小分子靶向，这些嵌合方法可能会扩大。例如，最近的一项研究报道了一种嵌合分子（称为邻近的转录/表观遗传化学诱导物），其能够通过在特定遗传位点用转录激活取代表观遗传抑制来重新连接癌症特异性转录。随着对生物学机制的更好理解和小分子结合特异性RBP的开发，这些方法有望合理设计针对癌症特异性转录后基因调节的嵌合方法。

关于针对血液肿瘤的小分子靶向药物的共识性结论

在过去的20年里，在理解RBP的生物学和病理学方面取得了显著的进展。在血液恶性肿瘤中，许多重要发现导致了靶向治疗，特别是突变剪接因子，至少有一种小分子仍在临床试验中。对m6A修饰因子和阅读器的认识及其在基因调控中的重要性是该领域最近的另一个重大发展，据报道，有几种新的小分子靶向m6A写入器和阅读器。许多其他有前景的小分子正处于不同的开发阶段，筛选和下游开发策略的发展有望丰富小分子管线。例如，通过构建异双功能分子，小分子可以从结合剂转化为RBP的降解剂。这一领域有望迅速扩大，因为它有望为曾经被认为不可药物靶向的蛋白质带来新的生物信息学方法。