Nat Chem Biol | 化学蛋白质组学揭示 1,000 种激酶抑制剂的靶标景观
Nat Chem Biol | 化学蛋白质组学揭示 1,000 种激酶抑制剂的靶标景观
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文献阅读交流
大家好，今天给大家分享一篇 10月30号发表在Nature Chemical Biology上题目为“Chemical proteomics reveals the target landscape of 1,000 kinase inhibitors”的文章，文章的通讯作者是Bernhard Kuster教授，Kuster教授在化学蛋白质组学的研究中致力于阐明蛋白质组范围内药物-靶标相互作用，探究药物发挥功能的机制并进一步确定癌症治疗以及耐药机制。
研究概要
研究结果
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1,183 种工具化合物的目标景观
表征的 四种激酶抑制剂组 （ PKIS、PKIS2、KCGS、R oche ）包含 1,183 个非冗余（111 个重复）小分子，具有类药物理化特性，代表 64 种具有高度结构多样性的化学型（图 1a）。 所有化合物均以两种浓度（100nM 和 1μM）进行 Kinobead 竞争结合分析 ，使用来自五种癌细胞系（K-562、COLO205、MV-4-11、SK-N-BE(2 ）和 OVCAR-8）最大化内源蛋白的表达。总共 235 种激酶被至少一种抑制剂靶向（图 1b），并且 226 种激酶对至少一种化合物表现出亚微摩尔亲和力。每个化合物的靶标数量在不同化合物之间差异很大（图 1c）。67 种化合物无法鉴定出目标，另外 194 种化合物没有亚微摩尔亲和力的目标。 四种化合物组针对来自所有亚家族的广泛激酶，其中酪氨酸激酶和 CMGC 激酶略多（图 1d）。最常见的靶向激酶是 GSK3A、MAPK14、GAK、RIPK2 和 RET，每种激酶都有 100 多种化合物。
Fig. 1 | The target landscape of 1,184 kinase tool compounds.
a，用于 Kinobeads 分析的小分子激酶抑制剂库（包括每个库中的化合物数量）。 b，人类基因组中激酶数量的维恩图，由混合裂解物中的 Kinobeads 富集并被至少一种抑制剂靶向。 几种代谢激酶以及核苷酸、FAD 和血红素结合蛋白也被鉴定为激酶抑制剂结合物。 c，Windmill 图按文库对化合物进行分组，并按 Kinobeads 划分靶标数量。 效力低于 100 nM 的化合物标记为灰色。 d，亲和力低于 1μM 的针对特定激酶的化合物数量。 激酶按亚科分组，并在每组内按字母顺序排序。
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激酶抑制剂化合物的选择性
选择性是将激酶抑制剂指定为化学探针的主要特征，研究人员
引入了一种称为
CATDS(浓度和目标依赖的选择性)的选择性度量。
CATDS得分接近1表示选择性
非常强
的化合物
(图2A，ERK5-IN-1或GW869810X)，而接近零的值对应于非
选择性化合物(例如，GSK1269851A)。CATDS分析表明，KCGS含有最大部分的选择性抑制剂(图2B)，但仍含有几种广谱化合物
，包括与近50种蛋白质结合的XMD-17-51
。对于Kin
oBeads数据，这些标准转换为：亲和力
(
K
app
d
< 1 µM)和CATDS
> 0.5)。大约330种激酶抑制剂符合这些标准，它们针对来自所有激酶亚家族的72种激酶(图2C)。
经过充分研究的激酶
EGFR 检测到了数量最多的候选化合物（37 种化合物）
，
反映了多年来为这一重要靶标所做的强大药物化学努力。我们还发现了临床相关药物靶点
MET 和 FLT3 的选择性化合物，包括作为有效 (K
app
d = 99 nM) 和选择性 (CADTSFLT3 = 0.87) FLT3 抑制剂的 RO0272148-000。
Fig. 2 | Selectivity of kinase tool compounds and potential chemical probes.
a，工具化合物的选择性排名，突出显示 ERK5-IN-1 和 GW869810X 为选择性抑制剂，GSK1269851A 为非选择性抑制剂。b，工具化合物数量在选择性类别上的分布。c，激酶的系统发育树，标记了本研究中已鉴定出化学探针的激酶（蓝色和红色）。蓝色圆圈代表之前已报道过化学探针的激酶。
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GSK986310C 是一种有效的选择性 SYK 抑制剂
脾酪氨酸激酶 (SYK) 已被验证为治疗多种血液癌症、自身免疫性疾病和其他炎症性疾病的靶标。根据之前的 Kinobeads 分析结果，fostamatinib、其活性代谢物和 TAK659 结合了除 SYK 之外的许多其他蛋白质（图 3a）。因此，这些 SYK 抑制剂的质量不足以用作研究蛋白质细胞功能的化学探针。相比之下，entospletinib 的靶点较少，但 SYK 并不是最有效的抑制蛋白（图 3a、b） 。 挖掘 Kinobeads 数据发现 GSK986310C 是一种相当有选择性且有效的 SYK 结合剂（CATDSSYK = 0.51；K app d = 80 nM；图 3a、b）。随后的全剂量反应实验证实了与 SYK 的有效和选择性结合（K app d = 58 nM，CATDSSYK = 0.60）。为了确认 SYK 结合转化为细胞中 SYK 活性的靶标结合和调节，在 Zymosan 刺激后使用小鼠原代骨髓源性树突状细胞 (BMDC) 对 GSK986310C、TAK659 和 entospletinib 进行 IL-10 分泌测定。 Zymosan 的作用之一是它激活 Dectin-1 信号传导，进而激活 SYK 并导致 IL-10 细胞因子产生增加 （图 3c）。在 Zymosan 刺激之前用相应 SYK 抑制 剂处理细胞确实导致细胞因子减少 IL-10 水平呈剂量依赖性（图 3d）。
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CK2 选择性抑制剂
在这项研究中，基于药物化学工作和
Kinobead 化学蛋白质组学方法的近 1,200 种化合物，生成了大量激酶-药物相互作用资源。
500,000 个药物-蛋白质相互作用的主体涵盖约 250 种蛋白质和脂质激酶，可在 ProteomicsDB中进一步挖掘
。
该分析提出了约
350 个潜在的候选探针，可以对这些候选探针进行进一步研究并鉴定出 40 种尚无化学探针可用的激酶。