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分享一篇研究人员发表在Nature Chemical Biology的文章，题目为 “Strain-release alkylation of Asp12 enables mutant selective targeting of K-Ras-G12D” 。该文章中，研究人员提出了一组基于马洛拉克通的亲电试剂，利用环张力将K-Ras-G12D与突变的天冬氨酸交联形成稳定的共价复合物。
K-Ras是人类癌症中最常见的突变癌基因。目前已经有一些针对K-Ras-G12C突变的非小细胞肺癌药物被批准上市，这些药物通过共价捕获突变的半胱氨酸，并将其锁定在一个无法进行信号传导的状态。然而，由于缺乏针对G12D突变的阿斯巴甘氨酸（Asp）靶向化学物质，因此迄今为止尚未实现对G12D突变的共价抑制，而G12D突变在胰腺导管腺癌中尤为常见。 该文章立足于应变释放烷基化（strain-release alkylation）技术，该技术使得对K-Ras-G12D突变体的选择性靶向成为可能。这种方法通过释放内部应变来实现烷基化反应，从而使得药物能够更有效地与K-Ras-G12D突变体结合，从而抑制其活性。 首先，研究人员使用一种名为(RS)-G12Di-1的化合物，它能够与K-Ras-G12D蛋白发生共价修饰。实验结果显示，(RS)-G12Di-1与K-Ras-G12D•GDP迅速反应，半衰期为99秒，并在不到15分钟内完全修饰了K-Ras-G12D•GDP。与此相比，(RS)-G12Di-1对K-Ras-G13D•GDP的修饰仅为6.5±0.3%，对K-Ras-WT•GDP没有检测到修饰。为了更好地理解KRAS（G12D）中(RS)-G12Di-1和Asp12之间的共价反应，他们解决了K-Ras-G12D•GDP•(RS)-G12Di-1加合物的1.7-Å晶体结构。他们观察到(RS)-G12Di-1在S-IIP口袋中采用了与K-Ras-G12C抑制剂类似的构象，明确了Asp12和化合物之间的共价酯键以及环开放产生的游离羧基的电子密度。这个高分辨率的结构还使他们能够将加合物的立体化学确定为β-碳上的S构型。后续通过监测与K-Ras-G12D•GDP的反应速率，他们发现R对映体(R)-G12Di-2比S对映体更具反应性。
随后研究人员通过在α-碳的pro-S位置引入不同的立体位阻基团，合成了(2R,3S)-G12Di-3 (3)和(2R,3S)-G12Di-4 (4)两种化合物以改进异丙基取代的马洛乳酸酯亲电体，同时进一步探索了具有更高亲和力的S-IIP配体。通过实验发现，(2R,3S)-G12Di-6能够在2小时内完全标记内源性的K-Ras-G12D，这表明它在细胞中具有较高的生物活性。此外，研究人员还合成了六种具有不同取代模式的化合物，通过测量它们与K-Ras-G12D的反应速率，发现取代在naphthyl环上的3-OH基团对于快速标记GTP状态是至关重要的。这是因为3-OH基团与Asp69侧链之间的氢键相互作用对于S-IIP抑制剂进入GTP状态并稳定复合物是至关重要的。这项研究揭示了针对K-Ras活性状态的一种被低估的药效团。
随后，研究人员使用了一种名为(R)-G12Di-7的化合物来选择性地靶向突变的K-Ras-G12D蛋白。实验结果显示，(R)-G12Di-7能够完全标记突变的K-Ras-G12D蛋白，并且对其他突变或非突变的K-Ras蛋白没有影响。此外，(R)-G12Di-7还能够稳定突变的K-Ras-G12D蛋白的结合态，并且在细胞中能够抑制突变的K-Ras-G12D蛋白的下游信号传导。与可逆抑制剂MRTX1133相比，(R)-G12Di-7在细胞中形成的共价结合复合物具有较高的稳定性。此外，研究人员还发现(R)-G12Di-7能够抑制KRAS G12D转化的小鼠前B细胞系Ba/F3的生长。总的来说，这些结果表明(R)-G12Di-7是一种具有突变选择性的共价抑制剂，能够有效地靶向突变的K-Ras-G12D蛋白并抑制其功能。此外观察到(R)-G12Di-7治疗28天后SW1990异种移植瘤的体积呈剂量依赖性抑制。两组小鼠在治疗期间的体重增长相当，表明化合物治疗没有明显的毒性。
综上所述，利用马洛乳酮配体可以在K-Ras-G12D的GDP和GTP结合态下有效地共价修饰突变的天冬氨酸残基。这种方法可以抑制下游信号传导，并且在体外和小鼠移植瘤模型中选择性地抑制K-Ras-G12D驱动的癌细胞增殖。 本文作者：ZYY 责任编辑：F C DOI：10.1038/s41589-024-01565-w 原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01565-w?
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