合作案例JACS Au(IF=8.7)|蛋白质组学助力分子胶药物靶点筛选和验证
所属分类: 技术干货
发布时间: 2026-03-29
概要: 期刊名称:JACS Au发表时间:2024年11月影响因子:8.7期刊分区:JCR 1区/中科院 1区作者单

期刊名称:JACS Au
发表时间:2024年11月
影响因子:8.7
期刊分区:JCR 1区/中科院 1区
作者单位:临港实验室、武汉大学医学研究院
服务产品:分子胶药物靶点筛选和验证解决方案
服务团队:王曼、谢宇峰、袁梦
样本类型:小鼠、细胞系
相关疾病:急性髓系白血病
其他信息:治疗靶点、细胞/动物模型、分子对接
今天给大家分享的这篇文章将表型药物发现法与不同化学结构的Cereblon(CRBN)配体库相结合,发现并改造得到两种分子胶药物dCK1α-1和dCK1α-2,可以高效降解酪蛋白激酶CK1α,有望在急性髓系白血病的治疗中发挥显著效果。本文于2024年11月发表在JACS Au(IF=8.7)杂志上,标题为“Development of Oral, Potent, and Selective CK1α Degraders for AML Therapy”。

急性髓系白血病(AML)是一种具有高度异质性的血液系统恶性肿瘤,其中约10%的患者携带TP53基因突变。TP53编码的p53蛋白是关键的肿瘤抑制因子,其功能常受到多种调控因子的影响。酪蛋白激酶1A1(CK1α)属于高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶家族,参与调控p53的稳定性。CK1α通过与MDM2等泛素连接酶形成复合物,促进p53的降解,从而抑制其抑癌功能。
研究发现,在AML患者中,编码CK1α的CSNK1A1基因表达水平显著升高,且其高表达与患者总体生存率降低密切相关。功能实验表明,敲低或抑制CK1α表达可有效抑制AML细胞增殖,并恢复p53相关基因的表达。因此,CK1α已成为AML治疗中备受关注的潜在靶点。
本研究通过结合表型筛选与CRBN配体库,成功鉴定出一系列具有CK1α选择性降解活性的分子胶降解剂,其中活性最强的化合物被命名为dCK1α-1。在此基础上,进一步优化得到具有口服活性的衍生物dCK1α-2,并在小鼠模型中验证了其体内疗效。通过谱度众合提供的蛋白质组学分析,研究团队确认了dCK1α-1和dCK1α-2在体外和体内对CK1α的选择性降解作用。
CRBN WT细胞、CRBN-null HEK293T细胞、MOLM13急性髓系白细胞、MOLT4细胞、荷瘤BALB/c裸鼠。

图1 研究流程
该研究首先通过CRBN WT、CRBN-null HEK293T以及MOLM13细胞筛选出依赖CRBN的潜在分子胶降解剂(MGD),发现了LC-02-105。之后为了进一步阐明LC-02-105靶点,研究评估了其对已知IMiD靶点的降解效力。
为优化LC-02-105的活性,该研究对LC-02-105的分子基团进行改造,并通过MOLT4细胞与内源性HiBiT标记的CK1α来筛选药物降解效力。发现其中LC-04-087是最有效的CK1α分子胶降解剂,将其命名为dCK1α-1。
为了评估dCK1α-1的降解特异性,使用了TMT定量蛋白质组学技术,证明dCK1α-1可以特异性地降解CK1α。与此同时,还使用流式细胞仪评估了dCK1α-1对于AML细胞周期的影响。通过引入吗啉基团,合成了具有更好口服利用度的dCK1α-2,在小鼠模型中显示了出色的治疗效果。
(1)抗增殖表型筛选发现CK1α分子胶降解剂
研究结果显示,使用CRBN野生型(WT)和CRBN-null HEK293T和MOLM13细胞系在72小时细胞活力测定中进行筛选,发现LC-02-105是一个值得注意的候选物。为了进一步阐明LC-02-105的靶点,研究者评估了其对于IMiD靶点的降解效力,发现LC-02-105对CK1α表现出显著的降解效果。

图2 从抗增殖表型筛选中发现CK1α MGD
由于LC-02-105活性适中,研究者通过改变与添加基团合成了一系列类似物用于增加效力。为探究活性,研究团队在MOLM13细胞中添加100nM或20nM化合物,通过蛋白质印迹验证化合物的降解活性。结果显示其中LC-04-087是最有效的CK1α MGD,命名为dCK1α-1。

图3 MOLM13细胞中CK1α降解的免疫印迹分析
(2)dCK1α-1诱导MOLM13细胞中强效、快速、选择性和CRBN依赖性CK1α降解
为了进一步阐明观察到的结构-活性关系并获得三元复合物形成的结构见解,研究团队使用Maestro 13.5进行分子对接分析,模型显示吡唑并嘧啶基团与H353之间存在潜在的氢键相互作用。研究团队还进行了NanoBiT测定,以确认dCK1α-1诱导CRBN和CK α之间形成三元复合物的能力。结果表明,dCK1α-1在4μM浓度下可达到高达1500%的募集。
随后研究团队在野生型和CRBN缺失的MOLM13细胞中探究了dCK1α-1的CRBN依赖性,结果显示dCK1α-1在野生型MOLM13细胞中诱导显著降解,而不影响CRBN缺失的MOLM13细胞,并且通过多种药物证实了降解是由CUL4CRBN泛素途径介导的。
为评估CK1α降解的动力学,研究团队在MOLM13细胞中用100nM的dCK1α-1进行了时间过程研究,结果表明,降解最早发生在2小时,并持续至少24小时,与此同时,MOLT4细胞的HiBiT数据显示dCK1α-1完全降解了MOLM13细胞中的CK1α。

图4 dCK1α-1诱导MOLM13细胞中强效、快速、选择性和CRBN依赖性CK1α降解
(3)dCK1α-1诱导MOLM13细胞周期阻滞和凋亡
研究团队通过流式细胞仪评估了降解剂对AML细胞中细胞周期进程和细胞凋亡的影响,发现dCK1α-1以剂量依赖性方式诱导细胞凋亡并导致细胞周期停滞在G1期。为了评估多种药物是否具有协同效应,研究团队使用了dCK1α-1和navtemadlin处理MOLM13细胞3天后的抗增殖活性,观察到了强协同效应。研究团队还评价了dCK1α-1和navtemadlin在DLD-1(结直肠腺癌)、T98G(胶质母细胞瘤)和HEK293T(永生化人胚肾)细胞系中的联合作用,但并未发现协同效应。

图5 dCK1α-1诱导MOLM13细胞周期阻滞和凋亡
(4)dCK1α-1通过降解CK1α激活p53通路
为了进一步阐明dCK1α-1的抗增殖作用,研究团队探究了该化合物诱导的转录组范围的扰动。用200nM dCK1α-1或BAY-204(一种强效ATP竞争性CK1α抑制剂)处理的MOLM13细胞进行RNA测序。火山图显示,在dCK1α-1处理后,有2213个基因差异表达(倍数变化≥2,调整后的p值≤0.05),其中多数与BAY-204处理组重叠。KEGG通路分析表明,这些差异表达基因与细胞周期调控、p53信号传导、DNA修复等过程相关。GSEA分析进一步显示,在dCK1α-1处理的细胞中,DEG在细胞周期、p53信号传导、凋亡途径和MAPK信号传导中显著富集。研究团队还评估了dCK1α-1在7种AML细胞系(THP-1、HL-60、MV4−11、U937、Kasumi-1、HEL、MOLM13)中的抗增殖作用,合并了来自SJ3149的数据集和来自TMX-4116的PRISM数据。结果表明,dCK1α-1更有效地抑制TP53野生型AML细胞的增殖。

图6 CK1α抑制/降解激活MOLM13细胞中p53相关转录程序
(5)一种有效的、选择性的且体内相容的CK1α MGD的开发
尽管dCK1α-1具有良好的代谢稳定性(半衰期630min,清除率1.98mL/min/kg),但其溶解度有限。为了提高溶解度和便于研究CK1α在体内的降解情况,研究团队基于dCK1α-1的对接模型,在溶剂暴露区引入吗啉基团,得到化合物dCK1α-2。发现dCK1α-2能够诱导HEK293 T细胞中CRBN和CK1α之间的三元复合物形成。TMT蛋白质组学分析显示,dCK1α-2在MOLM13细胞中表现出高度选择性的CK1α降解能力。

图7 一种有效的、选择性的且体内相容的CK1α MGD的开发
(6)dCK1α-2对小鼠异种移植模型中MOLM13生长的影响
研究团队进一步探究了dCK1α-2在小鼠异种移植模型中的治疗效果。通过在携带MOLM13细胞的小鼠异种移植模型中连续治疗14天,以进一步评价dCK1α-2经口灌胃的体内抗肿瘤疗效,发现dCK1α-2给药耐受性良好,对体重的影响极小。多种结果表明,dCK1α-2在体内有效抑制MOLM13异种移植肿瘤生长,在所有治疗组中观察到良好的耐受性。dCK1α-2成为首个口服生物可利用的CK1α选择性分子胶降解剂,为p53相关靶向治疗提供了新的策略。

图8 dCK1α-2对小鼠异种移植模型中MOLM13生长的影响
结论
本研究通过在CRBN野生型和CRBN-nullAML细胞中进行增殖筛选,结合蛋白质组学技术,鉴定了dCK1α-1为高效选择性CK1α分子胶降解剂。同时研究发现dCK1α-1与MDM 2/p53抑制剂navtemadlin显示出强烈的协同效应。进一步优化后,研究团队合成了一种口服生物可利用的选择性衍生物dCK1α-2,其在小鼠异种移植模型中表现出显著疗效,为白血病以及白血病以外的广泛抗癌应用提供治疗新思路。
撰写人:周子旋
审核人:韩强强 肖宇琴
参考文献
Huang L, Chen L, Chen L, et al. Development of Oral, Potent, and Selective CK1α Degraders for AML Therapy. JACS Au. 2024;4(11):4423-4434. Published 2024 Nov 8. doi:10.1021/jacsau.4c00762
本文由谱度众合“生物标志物发现与药物靶点筛选平台”(该平台被认定为“国家生物产业基地公共服务平台”)完成分子胶靶点的蛋白质组学筛选和验证工作。

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关键词: 合作案例JACS Au(IF=8.7)|蛋白质组学助力分子胶药物靶点筛选和验证
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