Nature | 细胞周期蛋白RxL抑制剂激活纺锤体组装检查点引发癌细胞死亡

摘要：小细胞肺癌（SCLC）是一种恶性程度高的肺癌类型，目前尚无有效的靶向治疗方法。SCLC 的特征是RB1和TP53基因的普遍失活突变，这些突变破坏了G1-S检查点，导致E2F异常激活【1，2】。E2F的过度激活会引发细胞凋亡，这为SCLC的治疗提供了潜在的治疗靶

撰文 | 格格

小细胞肺癌（SCLC）是一种恶性程度高的肺癌类型，目前尚无有效的靶向治疗方法。SCLC 的特征是RB1和TP53基因的普遍失活突变，这些突变破坏了G1-S检查点，导致E2F异常激活【1，2】。E2F的过度激活会引发细胞凋亡，这为SCLC的治疗提供了潜在的治疗靶点。细胞周期进程受到多种蛋白激酶的调控，其中细胞周期蛋白和CDK是关键组成部分。细胞周期蛋白利用其保守的疏水区域与底物上的短线性RxL模序结合【3】。细胞周期蛋白A通过与E2F形成RxL依赖性相互作用来抑制E2F的活性【4】。当这种相互作用被破坏时，E2F活性会过度增强，从而引发细胞凋亡。虽然研究人员已经尝试开发小分子抑制剂来阻断细胞周期蛋白A-RxL之间的相互作用，但进展缓慢，这反映了靶向细胞内蛋白-蛋白相互作用的挑战。环状肽可以克服这些挑战，但通常缺乏药物特性。

近日，来自美国哈佛医学院的Matthew G. Oser研究团队在Nature杂志发表题为Targeting G1–S-checkpoint-compromised cancers with cyclin A/B RxL inhibitors的研究论文，该研究开发了一种新型口服环状肽抑制剂，该抑制剂能够靶向细胞周期蛋白A/B的RxL基序，并有效地杀死具有高E2F活性的癌细胞。

首先，研究人员基于已知的细胞周期蛋白-CDK复合物结构，设计并合成了具有RxL基序结合位点的环状肽，并对其水溶性、亲疏水性等理化性质进行了优化，使其能够口服给药被动穿透细胞膜。研究人员测试了不同环状肽对SCLC细胞系和正常细胞的细胞毒性，发现CIRc-004对SCLC细胞系具有显著的杀伤作用，而对正常细胞的影响较小。CIRc-004是一种双重抑制剂，能够同时阻断细胞周期蛋白A和B的RxL模序，从而特异性地杀死这些癌细胞。

研究人员进一步探究了CIRc-004杀伤癌细胞的机制。通过全基因组CRISPR-Cas9敲除耐药性筛选，研究人员发现细胞周期蛋白B和有丝分裂纺锤体组装检查点 (SAC) 的关键蛋白（如 KNTC1和MAD1L1）是CIRc-004耐药性的主要因素。敲除这些基因可以挽救CIRc-004诱导的细胞凋亡和有丝分裂阻滞。此外，化学抑制MPS1（一种磷酸化KNL1的激酶）也可以挽救CIRc-004诱导的SAC激活，这进一步证明了SAC在CIRc-004杀伤机制中的重要性。

接着，研究人员探索了CIRc-004如何促进细胞周期蛋白B和CDK2形成新的复合物，从而驱动 SAC 激活和细胞死亡。通过CRISPR-Cas9基因编辑筛选，发现细胞周期蛋白B基因的突变（如 Glu169Lys）可以导致CIRc-004耐药性。这些突变位于细胞周期蛋白B与CDK1相互作用的区域，表明CIRc-004通过阻断细胞周期蛋白B与MYT1（一种负调节细胞周期蛋白 B-CDK1 活性的激酶）之间的相互作用，从而激活细胞周期蛋白B-CDK2复合物，促进 SAC 激活和细胞死亡。

此外，研究人员探究了细胞周期蛋白A RxL抑制在CIRc-004杀伤机制中的作用。研究发现，细胞周期蛋白A RxL抑制可以阻断细胞周期蛋白A与E2F1之间的相互作用，从而增加 E2F 活性，导致复制应激，并使细胞对CIRc-004 更敏感。过表达E2F1也可以增强细胞对CIRc-004的敏感性，表明细胞周期蛋白A-E2F1互作在CIRc-004杀伤作用中的重要性。

最后，研究人员在体内对CIRc-004的抗肿瘤活性进行研究。在异种移植模型中，CIRc-004 可以有效抑制SCLC肿瘤的生长，并诱导SAC激活和细胞凋亡。此外，口服给药的CIRc-014也能够在化疗耐药的SCLC异种移植模型中实现显著的抗肿瘤效果，这为CIRc-004在临床应用中的潜力提供了证据。

图一细胞周期蛋白RxL抑制剂激活纺锤体组装检查点引发肿瘤细胞死亡

总之，该研究开发了一种新型口服抗癌药物，靶向细胞周期蛋白A和B的RxL基序，从而激活纺锤体组装检验点并杀死癌细胞，尤其适用于小细胞肺癌。

制版人：十一

参考文献

1. George, J. et al. Comprehensive genomic profiles of small cell lung cancer.Nature524, 47–53 (2015).

2. Dick, F. A. & Rubin, S. M. Molecular mechanisms underlying RB protein function.Nat. Rev. Mol. Cell Biol.14, 297–306 (2013).

3. Loog, M. & Morgan, D. O. Cyclin specificity in the phosphorylation of cyclin-dependent kinase substrates.Nature434, 104–108 (2005).

4. Nandha Premnath, P., Craig, S. & McInnes, C. Development of inhibitors of protein-protein Interactions through REPLACE: application to the design and development non-ATP competitive CDK inhibitors.J. Vis. Exp.https://doi.org/10.3791/52441 (2015).

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