我院陳俐娟/楊建洪/陳強/黎勇團隊在PNAS發(fā)文首次揭示腫瘤治療靶點Tubulin的新位點

3月11日，四川大學華西醫(yī)院生物治療全國重點實驗室陳俐娟/楊建洪團隊，陳強團隊及四川大學華西醫(yī)院護理創(chuàng)新研究中心黎勇團隊合作在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與深入的探索，在細胞生物學領域取得了關鍵進展，首次成功揭示了位于微管蛋白（Tubulin）上的一個全新抑制劑結(jié)合位點。

這并非該團隊在 Tubulin 研究上的首次突破。在此之前，團隊已相繼發(fā)現(xiàn) Pironetin 位點（發(fā)表于《自然通訊》，2016 年）和 Cevipabulin 位點（發(fā)表于《科學進展》，2021 年） 。此次 Tumabulin 位點的發(fā)現(xiàn)，是他們在該領域研究的又一重大飛躍。

該位點位于Tubulin-RB3-TTL復合物中α1-Tubulin、β1-Tubulin和RB3的界面區(qū)域，被命名為Tumabulin位點。Tumabulin類化合物作為“分子膠”，顯著增強了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位點的獨特之處在于其結(jié)合完全依賴于RB3的存在，且結(jié)合到該位點的小分子不會直接破壞微管的聚合，而是通過增強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抑制機制，為針對RB3高表達癌癥的選擇性抗癌藥物設計開辟了新途徑，對Tubulin靶向藥物的開發(fā)具有重要科學意義。

αβ-Tubulin異二聚體是微管的核心組成單元，而微管在癌細胞的有絲分裂中扮演著至關重要的角色，因此成為癌癥化療的重要靶點。以紫杉醇和長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）以及近年來發(fā)現(xiàn)的微管靶向降解劑（Microtubule-Targeting Degraders, MTDs）。結(jié)構(gòu)生物學研究已成功解析了Tubulin二聚體上的八個主要結(jié)合位點（圖1），其中涵蓋了紫杉醇、秋水仙堿、長春堿、laulimalide、美登素、Pironetin、Cevipabulin和Todalam結(jié)合位點。其中，MSAs通常結(jié)合于紫杉醇和laulimalide位點，通過穩(wěn)定微管結(jié)構(gòu)抑制其解聚；而MDAs則主要靶向秋水仙堿、長春堿、美登素、Pironetin、Cevipabulin和Todalam位點，通過干擾微管聚合或促進其解聚發(fā)揮作用。MTDs則主要作用于Cevipabulin位點，同時也包括部分靶向秋水仙堿位點的降解劑，通過誘導Tubulin降解實現(xiàn)抗腫瘤效果。這些結(jié)合位點的發(fā)現(xiàn)為Tubulin抑制劑的開發(fā)提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎，同時也為針對不同機制的抗癌藥物設計開辟了新的方向。

Tubulin二聚體上已報道的8個抑制劑結(jié)合位點

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

然而，由于TM1同時與秋水仙堿位點和Tumabulin位點結(jié)合，這兩個位點之間的潛在干擾可能影響對TM1在Tumabulin位點的特定生化功能的準確解析。為克服這一限制，科研團隊精心設計并合成了化合物TM2。TM2對Tubulin-RB3復合物的Tumabulin位點具有高度選擇性，且不與秋水仙堿位點發(fā)生相互作用。

功能實驗表明，TM2顯著增強了RB3與Tubulin的結(jié)合。進一步研究發(fā)現(xiàn)，TM2本身對Tubulin無直接解聚作用，但顯著增強了RB3對Tubulin聚合的抑制作用，提示TM2通過結(jié)合Tumabulin位點增強了RB3的Tubulin解聚活性。

TM2抑制微管的作用機制

該研究成功確定了Tubulin上一個新的配體結(jié)合位點，該位點在介導Tubulin與RB3之間的相互作用中表現(xiàn)出獨特的功能，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。

華西醫(yī)院楊建洪副研究員、陳強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