Adv Sci | 裴雪涛/岳文/钟武合作在细胞命运调控因子c-Myc研究领域取得重要突破

2022年8月5日,军事科学院军事医学研究院辐射医学研究所裴雪涛/岳文研究员团队与毒物药物研究所钟武研究员团队合作在Advanced Science期刊上发表了文章A Functional Screening Identifies a New Organic Selenium Compound Targeting Cancer Stem Cells: Role of c-Myc Transcription Activity Inhibition in Liver Cancer,经过5年多潜心研究,自主合成并独辟蹊径获得可以靶向c-Myc的有机硒小分子化合物——苯基-2-嘧啶-4-烯丙基-3-氨基硒脲(CU27)。


Adv Sci | 裴雪涛/岳文/钟武合作在细胞命运调控因子c-Myc研究领域取得重要突破

针对c-Myc“难以成药”这一科学难题,两个团队展开了联合科研攻关,以肝癌肿瘤干细胞为研究模型,在包含有365种化合物的自主合成的先导化合物库中寻找抑制干细胞干性的小分子,独辟蹊径旨在首先从功能筛选入手,再通过组学和药物学相关研究分析,从机理上验证其是否可以靶向c-Myc蛋白。该研究团队首先通过“相对细胞活性-3D肿瘤球-肿瘤干细胞表面标志物-肿瘤干细胞球(tumorsphere)形成能力”一系列功能性筛选,发现其中有5个小分子具有较好的干性抑制作用,其中CU27是抑制作用最强的小分子。进一步地,在体外细胞模型中,研究人员发现CU27能够在不同细胞系中抑制肿瘤干细胞标志物CD13、CK19的表达,并促进分化标志物CK18的表达。对于分选富集的CD13+/CD133+/EpCAM+肿瘤干细胞群体(A new protocol for long-term culture of a specific subpopulation of liver cancer stem cells enriched by cell surface markers, DOI: 10.1002/2211-5463.12932),CU27预处理可以显著抑制其肿瘤干细胞球(tumorsphere)形成能力和多柔比星、5-氟尿嘧啶尤其是索拉菲尼的耐药性。在小鼠体内进行的梯度稀释实验表明CU27预处理的肝癌细胞系内具有自我更新潜能的干细胞比例也显著下降。

为明确CU27的主要作用靶点,研究人员首先对CU27处理后的细胞进行转录组学分析、Ingenuity Pathway Analysis(IPA)分析、基因集富集分析(GSEA),分析结果均提示c-Myc是CU27的主要生物靶标分子。随后我们检测了c-Myc的部分关键靶基因的表达水平及c-Myc转录活性,发现和两种商品化c-Myc抑制剂10058-F4和10074-G5处理后类似,CU27处理后,c-Myc转录活性也明显下降。考虑到10074-G5是明确的与c-Myc bHLH/LZ结构域结合的小分子化合物。研究人员以10074-G5为阳性对照,先后进行了分子对接(molecular-docking)和基于c-Myc重组纯化蛋白(a.a 354–437,包含bHLH/LZ结构域)的表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)分析,结果表明CU27可以在和对照小分子基本同等数量级水平上与c-Myc蛋白结合。在染色质免疫共沉淀(CHIP)、免疫共沉淀(Co-IP)等生物化学手段验证的基础上,研究人员最终确定CU27可以结合到c-Myc蛋白的bHLH/LZ结构域上,阻断了c-Myc-Max复合物形成,从而阻止该复合物介导的干细胞自我更新的转录调控活性。重要的是,通过tumorsphere形成能力测试这一肿瘤干细胞抑制功能比较,研究团队发现CU27的干性抑制能力分别是两种商品化c-Myc抑制剂10058-F4和10074-G5的10倍和14倍。进一步地,研究人员利用实验动物模型进一步验证了CU27在体内对肝癌干细胞的靶向治疗效果,CU27可以显著抑制肿瘤干细胞标志物的表达和体内转移,尤其是CU27和索拉菲尼连用后可以显著的缩小索拉菲尼治疗不敏感的肝癌细胞株来源的原位肝脏肿瘤大小,具有很好的转化应用价值。

CU27属于一类有机硒化合物。硒是人体重要的微量元素之一。它的生物学作用、保健和治疗潜力是一个有趣的健康医学话题,一直受到生物学、医学、药物和化学研究者的关注。据报道,硒在抗肿瘤、抗氧化、免疫功能、抗辐射、促进生长等许多方面发挥重要作用,同时多能干细胞中表达的c-Myc起到干性维持和“分化刹车”的作用,但可以靶向c-Myc蛋白的有机硒小分子化合物此前国际上尚无任何报道。研究团队表示,筛选获得的这个靶向c-Myc的有机硒小分子化合物CU27,除了本研究中验证的肿瘤干细胞靶向治疗,今后无论对于安全、高效的干细胞诱导分化体系的建立,还是包括辐射损伤、炎症等相关疾病的靶向治疗及组织损伤的再生修复都具有重要的应用前景。

Adv Sci | 裴雪涛/岳文/钟武合作在细胞命运调控因子c-Myc研究领域取得重要突破

军事医学研究院裴雪涛研究员、岳文研究员和钟武研究员为该论文的共同通讯作者。军事医学研究院周军年副研究员、军事医学研究院助理研究员张彪和王海洋是论文的并列第一作者。

原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201166

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