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J Am Chem Soc（IF:15）：四川大学杨胜勇团队发现去甲基化酶ALKBH1的首个小分子抑制剂

分类：华盈视角
作者：老纪
来源：达吉特公众号

【概要描述】发现DNA 6mA去甲基化酶ALKBH1的首个小分子抑制剂

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J Am Chem Soc（IF:15）：四川大学杨胜勇团队发现去甲基化酶ALKBH1的首个小分子抑制剂

【概要描述】发现DNA 6mA去甲基化酶ALKBH1的首个小分子抑制剂

分类：华盈视角
作者：老纪
来源：达吉特公众号
发布时间：2024-03-14 13:58
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DNA甲基化是重要的表观遗传机制之一，6 mA（N6-Methyladenine）是原核生物中最常见的DNA修饰，但6 mA在真核生物中的作用和机制仍需进一步研究。目前在哺乳动物中只发现了两种6 mA效应蛋白：ALKBH1和METTL4。ALKBH1属于铁(II)和α-酮戊二酸(α-KG)依赖的双加氧酶AlkB家族。有研究表明在人脑胶质瘤干细胞中观察到了6 mA修饰的失调，靶向ALKBH1抑制了患者来源的人脑胶质母细胞瘤的增殖。

2024年3月，四川大学杨胜勇团队在Journal of the American Chemical Society杂志（IF:15）发表题为“Discovery of a Potent and Cell-Active Inhibitor of DNA 6mA Demethylase ALKBH1”的研究论文，发现了DNA 6mA去甲基化酶ALKBH1的首个小分子抑制剂。

| 01、化合物筛选发现ALKBH1潜在抑制剂

作者使用荧光偏振(Fluorescence polarization, FP)检测技术筛选靶向ALKBH1的小分子抑制剂，筛选了包含约23500个化合物的内部化学库，只有一个化合物显示出对ALKBH1的活性（图1A），IC₅₀为3.445 ± 0.624 μM（图1B），通过差示扫描荧光法（Differential Scanning Fluorimetry, DSF）进一步验证了该化合物的生物活性（图1C）。接着用分子对接预测该化合物与ALKBH1的结合模式（图1D），并着手进行结构改造。

图1 化合物筛选发现ALKBH1潜在抑制剂

| 02、化合物改造

通过对该化合物进行一系列结构改造，得到了活性最好的化合物13h(图2A)，IC₅₀值为0.026±0.013μM(图2B)。接着用DSF检测和等温滴定量热法(Isothermal Titration Calorimetry, ITC)进一步验证了13h的生物活性(图2C-D)，并且13h能剂量依赖地抑制含6mA的非成对双链DNA的ALKBH1去甲基化(图2E-F)。

图2 通过结构改造得到活性化合物13h

| 03、活性化合物的功能验证

ALKBH1属于依赖Fe(II)和α-酮戊二酸(α-KG)的双加氧酶AlkB家族，该家族还包括两个RNA m6A去甲基酶，FTO和ALKBH5。作者进一步通过FP实验检测发现化合物13h还对ALKBH5与底物的结合有抑制作用(图3A)，同时化合物13h还能抑制ALKBH5的去甲基酶活性（图3B-C），说明了化合物13h对AlkB家族成员具有一定普遍的抑制作用。

然而化合物13h在细胞水平的抑制活性不强，这可能归因于细胞膜渗透性差。于是研究者通过结构改造得到了一个新的化合物16（图3D），又通过分子对接和FP实验验证了化合物16可以结合ALKBH1并抑制其活性（图3E-F）。同时化合物13h和16均能显著增加活细胞中DNA中的6mA修饰（图3G）。

图3 化合物13h和16的功能验证

| 总结与讨论

本研究从化合物筛选，化合物改造，到活性化合物功能验证，系统性的鉴定了去甲基化酶ALKBH1的小分子抑制剂，是“从靶找药”经典的研究模式，值得大家借鉴。另外化合物库的体量、应用的多种药靶分析技术更加夯实了该研究的结果，为进一步深入研究该小分子抑制剂对相关疾病的作用奠定了基础。

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| 相关文献

Xiong L, Li F, Guo Y, Zhang J, Xu K, Xiong Z, Tong A, Li L, Yang S.Discovery of a Potent and Cell-Active Inhibitor of DNA 6mA Demethylase ALKBH1. J Am Chem Soc. 2024 Mar 4. doi: 10.1021/jacs.4c00194.

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