我院陳俐娟/楊建洪/陳強(qiáng)/黎勇團(tuán)隊(duì)在PNAS發(fā)文首次揭示腫瘤治療靶點(diǎn)Tubulin的新位點(diǎn)

3月11日，四川大學(xué)華西醫(yī)院生物治療全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳俐娟/楊建洪團(tuán)隊(duì)，陳強(qiáng)團(tuán)隊(duì)及四川大學(xué)華西醫(yī)院護(hù)理創(chuàng)新研究中心黎勇團(tuán)隊(duì)合作在PNAS雜志發(fā)表題為《Identification of a ligand-binding site on tubulin mediating the tubulin–RB3 interaction》的研究論文。該研究憑借前沿的科研技術(shù)與深入的探索，在細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域取得了關(guān)鍵進(jìn)展，首次成功揭示了位于微管蛋白（Tubulin）上的一個(gè)全新抑制劑結(jié)合位點(diǎn)。

這并非該團(tuán)隊(duì)在 Tubulin 研究上的首次突破。在此之前，團(tuán)隊(duì)已相繼發(fā)現(xiàn) Pironetin 位點(diǎn)（發(fā)表于《自然通訊》，2016 年）和 Cevipabulin 位點(diǎn)（發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》，2021 年） 。此次 Tumabulin 位點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)，是他們?cè)谠擃I(lǐng)域研究的又一重大飛躍。

該位點(diǎn)位于Tubulin-RB3-TTL復(fù)合物中α1-Tubulin、β1-Tubulin和RB3的界面區(qū)域，被命名為Tumabulin位點(diǎn)。Tumabulin類化合物作為“分子膠”，顯著增強(qiáng)了RB3與Tubulin二聚體之間的相互作用，從而提升了RB3的微管解聚活性。

Tumabulin位點(diǎn)的獨(dú)特之處在于其結(jié)合完全依賴于RB3的存在，且結(jié)合到該位點(diǎn)的小分子不會(huì)直接破壞微管的聚合，而是通過(guò)增強(qiáng)RB3與Tubulin的相互作用，顯著提升RB3固有的微管解聚活性。這一發(fā)現(xiàn)揭示了一種全新的Tubulin抑制機(jī)制，為針對(duì)RB3高表達(dá)癌癥的選擇性抗癌藥物設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新途徑，對(duì)Tubulin靶向藥物的開(kāi)發(fā)具有重要科學(xué)意義。

αβ-Tubulin異二聚體是微管的核心組成單元，而微管在癌細(xì)胞的有絲分裂中扮演著至關(guān)重要的角色，因此成為癌癥化療的重要靶點(diǎn)。以紫杉醇和長(zhǎng)春堿類藥物為代表的Tubulin抑制劑，在臨床上已展現(xiàn)出顯著的抗有絲分裂活性。根據(jù)作用機(jī)制的不同，Tubulin抑制劑可分為三大類：微管去穩(wěn)定劑（Microtubule Destabilizing Agents, MDAs）、微管穩(wěn)定劑（Microtubule Stabilizing Agents, MSAs）以及近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的微管靶向降解劑（Microtubule-Targeting Degraders, MTDs）。結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究已成功解析了Tubulin二聚體上的八個(gè)主要結(jié)合位點(diǎn)（圖1），其中涵蓋了紫杉醇、秋水仙堿、長(zhǎng)春堿、laulimalide、美登素、Pironetin、Cevipabulin和Todalam結(jié)合位點(diǎn)。其中，MSAs通常結(jié)合于紫杉醇和laulimalide位點(diǎn)，通過(guò)穩(wěn)定微管結(jié)構(gòu)抑制其解聚；而MDAs則主要靶向秋水仙堿、長(zhǎng)春堿、美登素、Pironetin、Cevipabulin和Todalam位點(diǎn)，通過(guò)干擾微管聚合或促進(jìn)其解聚發(fā)揮作用。MTDs則主要作用于Cevipabulin位點(diǎn)，同時(shí)也包括部分靶向秋水仙堿位點(diǎn)的降解劑，通過(guò)誘導(dǎo)Tubulin降解實(shí)現(xiàn)抗腫瘤效果。這些結(jié)合位點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)為Tubulin抑制劑的開(kāi)發(fā)提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，同時(shí)也為針對(duì)不同機(jī)制的抗癌藥物設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的方向。

Tubulin二聚體上已報(bào)道的8個(gè)抑制劑結(jié)合位點(diǎn)

本研究通過(guò)解析Tumabulin類化合物Tumabulin-1（TM1）與Tubulin復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了其獨(dú)特的結(jié)合模式。研究中使用了廣泛應(yīng)用的Tubulin-RB3-Tubulin酪氨酸連接酶（TTL）復(fù)合物晶體。通過(guò)分析TM1結(jié)合的Tubulin-RB3-TTL復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，研究人員觀察到TM1不僅與已知的秋水仙堿位點(diǎn)結(jié)合，還同時(shí)結(jié)合到一個(gè)先前未被識(shí)別的位點(diǎn)，科研團(tuán)隊(duì)將這一新發(fā)現(xiàn)的位點(diǎn)命名為Tumabulin位點(diǎn)。該位點(diǎn)處于Tubulin-RB3-TTL復(fù)合物中α1-Tubulin、β1-Tubulin和RB3三者界面的交界區(qū)域。值得注意的是，兩個(gè)TM1分子在該位點(diǎn)內(nèi)以堆疊的方式結(jié)合，完全填充了結(jié)合口袋，并形成了強(qiáng)烈的分子間相互作用。

然而，由于TM1同時(shí)與秋水仙堿位點(diǎn)和Tumabulin位點(diǎn)結(jié)合，這兩個(gè)位點(diǎn)之間的潛在干擾可能影響對(duì)TM1在Tumabulin位點(diǎn)的特定生化功能的準(zhǔn)確解析。為克服這一限制，科研團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)并合成了化合物TM2。TM2對(duì)Tubulin-RB3復(fù)合物的Tumabulin位點(diǎn)具有高度選擇性，且不與秋水仙堿位點(diǎn)發(fā)生相互作用。

功能實(shí)驗(yàn)表明，TM2顯著增強(qiáng)了RB3與Tubulin的結(jié)合。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，TM2本身對(duì)Tubulin無(wú)直接解聚作用，但顯著增強(qiáng)了RB3對(duì)Tubulin聚合的抑制作用，提示TM2通過(guò)結(jié)合Tumabulin位點(diǎn)增強(qiáng)了RB3的Tubulin解聚活性。

TM2抑制微管的作用機(jī)制

該研究成功確定了Tubulin上一個(gè)新的配體結(jié)合位點(diǎn)，該位點(diǎn)在介導(dǎo)Tubulin與RB3之間的相互作用中表現(xiàn)出獨(dú)特的功能，為下一代抗癌Tubulin抑制劑的發(fā)現(xiàn)和研究奠定了重要基礎(chǔ)。

華西醫(yī)院楊建洪副研究員、陳強(qiáng)研究員及黎勇副研究員為該論文的共同通訊作者。黎勇副研究員、張楚楓博士后、唐冬梅博士后、王濤助理研究員及閆偉助理研究員為共同第一作者。四川大學(xué)華西醫(yī)院為該成果唯一完成單位。

原文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2424098122