靶向蛋白精氨酸甲基转移酶的药物虚拟筛选
---------开题报告
蛋白精氨酸甲基转移酶（Protein Arginine Methyltransferase,PRMTs），是能够对蛋白精氨酸甲基化进行催化的酶家族。精氨酸甲基化作为一种普遍存在的翻译后修饰过程，已被报道的PRMTs根据其在哺乳动物中得到的催化产物的不同，分为三类：PRMT1、2、3、4（CARM1）、6 和 8 属于第一类精氨酸甲基转移酶（Type I）。这一类精氨酸甲基转移酶 PRMTs 催化形成不对称的双甲基化精氨酸（ADMA）。PRMT5 属于第二类精氨酸甲基转移酶（Type II），催化产物为对称双甲基化精氨酸（SDMA）。PRMT7 属于第三类精氨酸甲基转移酶（Type III），催化生成单甲基化精氨酸（MMA）。PRMT9 的催化机理不明确，有报道催化生成 MMA 和 SDMA25。抑制 PRMT5 的活性，会使 SDMA 完全消失，说明 PRMT5 是生成 SDMA 的主要甲基转移酶。
在人体内的多个生物学过程（翻译后修饰，细胞分化，细胞增殖，细胞凋亡以及肿瘤形成）中，PRMTs都扮演了一个十分重要的角色。在恶性肿瘤患者中，PRMT 往往会上调，PRMT
异常表达可能与恶性肿瘤发生发展有关，尤其PRMT5的高表达与肿瘤的发生发展密切相关，是肿瘤恶化及临床预后差的一个重要标志物。已有研究发现，在永生型成纤维细胞中过表达 PRMT 5 可促进细胞增殖，诱导其发生无限增殖，提示 PRMT 5 可能是潜在的原癌基因且可能在肿瘤细胞中表达有所改变。近年来的研究进一步表明，PRMT5的异常表达可促进肿瘤的发生发展，在多种肿瘤中均发现有PRMT5的过表达或缺失。有研究发现，在人类转移性黑色素瘤细胞系中PRMT5的水平明显高于正常细胞。也有研究发现，PRMT5在乳腺癌中高表达，并通过改变肿瘤抑制PDCD4来促进肿瘤进展。由于PRMT5具有多种细胞功能，因此它是各种恶性肿瘤转移特性的重要决定因素。最近的一项研究发现，PRMT5在上皮性卵巢癌中过表达，其过表达与疾病预后相关。
在当前的研究已经表明，PRMT5是典型的Ⅱ型PRMTs，可修饰组蛋白H2AR3.H3R8,H4R3与H3R2的甲基化，在对H3R8与H4R3的甲基化修饰这个过程中，能够改变染色质的结构，从而诱导转录抑制，故PRMT5在髓系白血病，肺癌，乳腺癌等癌症组织中均上调并参与了肾病，心血管疾病的发生。并且，值得注意的是，在这一研究过程中，PRMT5被发现主要与 MEP50（Methylosome protein 50，又称为 Wdr77 或雄性受体共激活因子 p44 或 Valois）形成复合物。对 PRMT5-MEP50 晶体结构的鉴定有利于深入认识PRMT5对底物的识别，双甲基化的过程，以及 PRMT6的酶活性如何被 MEP50调节。
在查阅了人PRMT5生物学相关信息后发现，PRMT5 在物种间的保守性相对较高，位于染色体 14q11.2，大小为 1 911 bp，编码 631 个氨基酸残基，分子量为 10 157 Da，等电点为 5.88，不稳定系数是 44.33；PRMT5 属于亲水蛋白，PRMT5 定位更倾向于细胞质中，主要
二级结构和三级结构由alpha;-螺旋结构和无规卷曲组成，无明显的信号肽及跨膜结构，表明该蛋白不参与物质跨膜运输。MEP50与PRMT5 N-端TIM结构域的结合能极大地提高PRMT5甲基化转移酶的活性；这往往与增加PRMT5 与底物蛋白的结合力，PRMT5/MEP50 结合后的构象变化有关。PRMT5/MEP50 底物的翻译后修饰也可以影响甲基化转移酶的活性。考虑到大多数 PRMT 的核心结构极其相似，即一种类似环状的同质二聚体，由从头到尾的致密单元组成，每一个单体都有一个活跃的位点，其结合 s- 腺苷 - 甲硫氨酸 (AdoMet) 和靶向肽或蛋白质底物精氨酰组，推测PRMT5或PRMT5-MEP50 晶体结构同样会拥有一样的性质。而查阅资料也的确如此，PRMT5 有两个可以用于配体结合的口袋：SAM 结合位点和底物结合口袋。当然，大部分的组蛋白和 DNA 甲基转移酶都含有 SAM 结合口袋，结合位点的残基与底物结合位点处的残基相比，更加保守。基于此，PRMT5也被作为一个潜在的预测以及治疗肿瘤的靶标，有很多研究致力于开发靶向PRMT5的抑制剂。西奈芬净（Sinefungin）与 SAM 的结构类似，是与 SAM 竞争的抑制剂，活性范围在微摩尔到纳摩尔级别。因为其结构与 SAM 相似，Sinefungin 可以抑制以 SAM 作为辅因子的其他蛋白质精氨酸甲基转移酶 PRMTs 和蛋白质赖氨酸甲基转移酶。因此 Sinefungin 没有选择性。基于靶标的虚拟筛选，Spannhoff 等发现了一个与底物竞争的抑制剂Stilbamidine33。这个化合物对 PRMT5 的 IC50 活性为 44.1micro;M，对 PRMT5 都没有选择性。Lapo 等发现了第一个具有选择性的 PRMT5 抑制剂 CMP532，其活性 IC50值小于 50micro;M。这个分子的抑制活性较低。最近报道了另一个对 PRMT5 酶有高度选择性的小分子抑制剂 EPZ015666，其 IC50 值为 0.022micro;M，且在异种移植动物模型中有明显的抗肿瘤活性34。其类似物已经由 GSK 公司提交进入临床 I 期试验，进一步研究药代动力学（ pharmacokinetics ）和药效学（pharmacodynamics）等性质。已报道的 PRMT5 抑制剂的结构和或活性，所有这些抑制剂中，只有两种骨架对 PRMT5 酶是选择性抑制的，且其中一个活性相对较差。
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