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Nature | 靶向AKT1 (E17K) 突变的特异性抑制剂

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-11-27 08:32

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撰文 | 小愚

致癌激酶AKT1的体细胞突变是导致实体瘤发生发展的一个重大诱因。其中，最常见的突变是将谷氨酸17 （E17）替换为赖氨酸（K），即E17K突变 (AKT1E17K) 【1】 。这一突变导致AKT1的构象变化，造成其在膜上的持续定位和激活，从而促进癌细胞大量增殖，并持续存活。临床研究表明，广谱AKT抑制剂在治疗过程中常常引发剂量限制性高血糖，这使得寻找靶向特定突变的选择性抑制剂至关重要 【2-4】 。

近日，美国加州大学旧金山分校细胞和分子药理学系的 Jack Taunton 团队在 Nature 上发表了题为 Mutant-selective AKT inhibition through lysine targeting and neo-zinc chelation 的研究性论文。 该研究利用冷冻电镜分析和计算机建模等手段针对AKT1 (E17K) 突变设计了全新的特异性别构性抑制剂，为AKT1 (E17K) 突变相关肿瘤的治疗提供了新思路。

首先，研究人员利用临床别构抑制剂ARQ092处理的AKT1 （E17K）突变体进行结晶的冷冻电镜分析结果发现，突变赖氨酸（Lys17）与结合的抑制剂之间大约存在8Å的距离。这一结果提示可以根据水杨醛的电亲核特性，将其与占据别构口袋的支架结合，从而捕捉Lys17的ε-氨基。然而，在别构口袋附近还有另外三种赖氨酸（Lys179、Lys276和Lys297），它们与别构口袋的距离在7至10Å之间。这些保守的赖氨酸在所有三种AKT同源物（AKT1、AKT2和AKT3）中均存在，可能会与基于水杨醛的抑制剂形成共价加合物，从而带来选择性的重大挑战。为了克服这些挑战，该研究还利用计算机智能建模的手段，对ARQ092中的咪唑并吡啶核心进行了功能化分析，尝试用不同的链来连接水杨醛，生成了化合物1至3。

图一：化学结构分析核计算模拟结合设计AKT1(E17K)抑制剂,化合物1-3

经过对结合能力，半衰期，药物动力学等因素的筛选，研究人员发现化合物2，3优于化合物1，与突变型的AKT1结合能力更强。细胞水平上的功能性验证以及信号通路分析实验表明，化合物3能更好的与突变的AKT1结合，进而调节突变细胞的细胞活力。为了实现在活体水平上的功能性验证，研究人员根据化合物2，3对突变型和野生型AKT1结合的选择性和存留时间，优化了药物动力学条件，设计出了化合物4——氟化水杨醛。相比于空白对照组和现有的别构抑制剂ARQ092，化合物4能够显著抑制AKT1 (E17K) 突变肿瘤的生长并且维持正常的血糖水平。

机制上，研究人员进一步通过晶体学分析和离子添加实验，发现了一个四面体锌离子，它与激酶激活环中的两个近端半胱氨酸配位，同时与E17K–亚胺结合物相互作用。水杨醛-亚胺复合物在AKT1 (E17K) 中能够招募内源性Zn²⁺，而在野生型AKT1中则未发生这一现象，导致了持续的，相对特异的抑制效果。这一研究结果表明，通过靶向突变赖氨酸和锌离子螯合，可以实现对AKT1 (E17K) 的精确选择性抑制。

总之，该研究设计了靶向AKT1 (E17K) 突变的特异性抑制剂，为相关肿瘤的治疗提供了强有力的治疗手段，也为开发具有高选择性的靶向药物奠定了基础，具有重要的临床应用潜力。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08176-4

制版人：十一

参考文献

1. Carpten, J. D. et al. A transforming mutation in the pleckstrin homology domain of AKT1 in cancer. Nature 448, 439–444 (2007).

2. Hyman, D. M. et al. AKT inhibition in solid tumors with AKT1 mutations. J. Clin. Oncol. 35, 2251–2259 (2017).

3. Kalinsky, K. et al. Effect of capivasertib in patients with an AKT1 E17K-mutated tumor. JAMA Oncol. 7, 271 (2021).

4. Kalinsky, K. et al. Ipatasertib in patients with tumors with AKT mutations: results from the NCI-MATCH ECOG-ACRIN trial (EAY131) sub-protocol Z1K. Eur. J. Cancer 174, S8–S9(2022).

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