發現只抑制mTORC1蛋白激酶的化合物

理化學研究所發現了一種化合物，它能通過確定一種在癌細胞中作用異常的蛋白激酶來抑制癌細胞的生長。 這項研究是由全職研究員(埼玉大學副教授)Hideyuki Miyatake和理化學研究所伊藤納米醫學工程實驗室的高級研究員Yoshihiro Ito以及岡山大學生物醫學研究生院病理學(免疫病理學)系的教授Akihiro Matsukawa領導的聯合研究小組進行的。 研究成果在《藥物化學雜志》發表前已在網上公布。

自1980年代以來，癌癥一直是日本的主要死因。 隨著社會的迅速老齡化，死于癌癥的人數繼續上升，在2019年達到376392人。 征服癌癥不僅對日本，而且對整個世界都是一個挑戰。 除手術外，治療癌癥的主要方法之一是使用抗癌藥物，但副作用和抗藥性是嚴重的問題。 因此，一直需要開發更好的、副作用更小的抗癌藥物。

在許多情況下，由于蛋白激酶活性過高，癌細胞生長異常。 因此，一些抑制蛋白激酶作用的化合物已被用作抗癌藥物。 然而，由于人類中存在的500多種蛋白激酶的結構相似，因此很難開發出只作用于特定蛋白激酶的抗癌藥物。 因此，該研究小組試圖找出僅作用于mTORC1的化合物，這是一種在癌細胞中過度活躍的蛋白激酶。

使用硅學/細胞內組合選擇方法選擇的WRX606

利用一種結合了計算機對接模擬和細胞內相互作用檢測的化合物篩選方法(硅/細胞內結合選擇法)，研究小組通過以下程序從大約70萬個化合物中選擇了目標化合物。

首先，在計算機中再現了mTORC1的FRB結構域、雷帕霉素和FKBP12(PDB ID：1FAP)的三向復合物的晶體結構。 然后對從ZINC15虛擬配體庫中選出的700,000個約500分子量的化合物進行對接模擬，目標是雷帕霉素結合位點。 三個具有高對接分數的化合物(WRX513、WRX939和WRX606)被選中。 他們使用人類細胞(HEK293)測試了這些化合物是否真的與FRB和FKBP12結合，并發現只有WRX606在細胞中形成了FRB-WRX606-FKBP12三向復合物。

只對mTORC1有選擇性作用，表明比雷帕霉素有更高的抗癌效果

我們研究了WRX606是否能抑制細胞中mTORC1的激酶活性，發現WRX606能抑制S6K1和4E-BP1的磷酸化，而這兩種蛋白是mTORC1的底物(待磷酸化的蛋白)。 因為S6K1和4E-BP1都是參與細胞增殖的蛋白質，WRX606對這兩種蛋白質都有抑制作用，這表明WRX606比雷帕霉素具有更大的抗癌作用。 這表明，WRX606在抑制這兩種蛋白質方面比雷帕霉素更有效。

此外，當研究WRX606對癌細胞的影響時，發現WRX606選擇性地影響癌細胞(HeLa宮頸癌細胞)，對正常細胞(Nrk-49F細胞)的影響很小。 這表明WRX606是一個精確的分子靶點，只選擇性地作用于mTORC1，而不是其他蛋白激酶，也就是說，它是以一種精確的方式發揮作用。

對小鼠的抑癌效果比雷帕霉素好，癌細胞轉移少

接下來，該團隊通過將乳腺癌細胞移植到小鼠的表皮并測量其大小來評估抗癌效果。 抗癌藥物促進的癌癥轉移也是通過轉移到肺部的癌癥菌落數量來評估的。 結果顯示，WRX606是一種比雷帕霉素更好的癌癥抑制劑，癌細胞的轉移率更低。 另一方面，眾所周知，雷帕霉素除了具有抗癌作用外，還具有免疫抑制作用，因此有癌細胞轉移的副作用，在本實驗中觀察到雷帕霉素引起了許多癌細胞的肺部轉移。

盡管mTORC1一直是抗癌藥物開發的目標，但很難用ATP競爭性抑制劑確定激酶的活性。 單克隆抗體，如Opdivo，可以提供精確的抑制，但它們的制造成本很高，而且由于過敏反應，不能口服。 然而，WRX606是一種低分子量的化合物，可以通過有機合成廉價生產，并且可以口服。

雖然雷帕霉素及其衍生物不與mTORC1以外的蛋白激酶結合，但它們也有免疫抑制作用，這往往會誘發癌細胞的轉移，限制了它們作為抗癌藥物的療效。 該研究小組說："我們首次發現了一個只作用于mTORC1的精準分子靶點的候選者，而沒有任何免疫抑制作用，這應該能在未來開發出有效的新抗癌藥物。