中科院上海藥物研究所楊財(cái)廣課題組與蔣華良課題組合作，基于mRNA中N6位甲基化修飾的腺嘌呤（N6-methyladenosine, m6A）去甲基化酶FTO結(jié)構(gòu)開展小分子調(diào)控研究，獲得了對(duì)核酸去甲基化酶，例如FTO具有酶活和細(xì)胞活性的小分子抑制劑。論文于10月11日在線發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上。
研究表明，m6A廣泛分布于基因轉(zhuǎn)錄區(qū)，約每2000個(gè)堿基中存在一個(gè)m6A修飾位點(diǎn)，人類7000多個(gè)基因中存在約12000個(gè)m6A位點(diǎn)，mRNA中的m6A的修飾水平在廣譜基因表達(dá)中發(fā)揮著基礎(chǔ)性調(diào)節(jié)作用。這些前沿進(jìn)展開辟了以“RNA修飾/去修飾與調(diào)控”為核心內(nèi)容的表觀遺傳學(xué)研究領(lǐng)域中的新方向。FTO是α-酮戊二酸依賴的核酸修復(fù)AlkB家族氧化酶的人同源蛋白，與II型糖尿病、阿爾茨海默癥、心腦血管疾病等關(guān)系密切，是目前已知的*能夠在體外和細(xì)胞內(nèi)使mRNA中m6A去甲基化的核酸氧化酶。
在該研究中，楊財(cái)廣課題組在對(duì)AlkB同源蛋白ABH2/ABH3識(shí)別堿基損傷機(jī)制（Mol BioSyst, 2010, 6, 2143；Nat Struct Mol Biol, 2012, 19, 671）研究積累的基礎(chǔ)上，與蔣華良課題組羅成研究員組成研究團(tuán)隊(duì)，指導(dǎo)博士研究生陳報(bào)恩和葉飛等，基于FTO晶體結(jié)構(gòu)開展小分子抑制劑的篩選和作用模式研究。研究人員綜合運(yùn)用藥物設(shè)計(jì)、生物化學(xué)和生物物理等手段，獲得天然產(chǎn)物大黃酸等一類對(duì)FTO具有酶水平抑制活性的小分子化合物。大黃酸可以與核酸底物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)，抑制FTO對(duì)RNA中m6A的去甲基化作用。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，大黃酸能夠以濃度依賴方式調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)mRNA中m6A修飾水平。
該研究結(jié)果闡明了m6A對(duì)mRNA的動(dòng)態(tài)修飾過程是可以通過化學(xué)干預(yù)的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)控的，這為進(jìn)一步揭示m6A修飾的mRNA的調(diào)控通路，發(fā)現(xiàn)潛在的mRNA去甲基化酶提供了探針化合物。然而，如何實(shí)現(xiàn)探針化合物在細(xì)胞水平上的選擇性和特異性仍將成為該研究團(tuán)隊(duì)后續(xù)研究的新挑戰(zhàn)。
本研究工作得到了中國(guó)“百人計(jì)劃”和“干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)”先導(dǎo)專項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金委和的資助，并得到研究所多個(gè)課題組的大力協(xié)助。
原文摘要：
Development of Cell-Active N6-Methyladenosine RNA Demethylase FTO Inhibitor
The direct nucleic acid repair dioxygenase FTO is an enzyme that demethylates N6-methyladenosine （m6A） residues in mRNA in vitro and inside cells. FTO is the first RNA demethylase discovered that also serves a major regulatory function in mammals. Together with structure-based virtual screening and biochemical analyses, we report the first identification of several small-molecule inhibitors of human FTO demethylase. The most potent compound, the natural product rhein, which is neither a structural mimic of 2-oxoglutarate nor a chelator of metal ion, competitively binds to the FTO active site in vitro. Rhein also exhibits good inhibitory activity on m6A demethylation inside cells. These studies shed light on the development of powerful probes and new therapies for use in RNA biology and drug discovery.
