1. 课题现状及研究进展
组蛋白甲基化是基因转录调控过程中的重要环节，是表观遗传学的重要研究内容。在众多相关酶系中，组蛋白甲基转移酶（Histone methyltransfreases ，HTMs）是介导组蛋白转录后修饰的关键酶，当相关蛋白酶基因发生突变将可能导致多种癌症的发生发展[1]。其中混合细胞系白血病(Mixed Lineage Leukemia,MLL)基因编码的蛋白是一类催化组蛋白H3第4位赖氨酸（H3K4）甲基化的甲基转移酶。在目前发现的MLL蛋白5种亚型中，对MLL1的研究最为深入。MLL1可以调控Hox（Homebox）家族基因、Meis-1等基因的表达。Hox基因的正常表达在细胞增殖、血细胞分化、基因表达调控等方面发挥重要作用[2]。当基因易位重排时可导致MLL基因与其他基因发生融合从而表达MLL融合蛋白（MLL1-FPs），从而引起Hox基因等的持续过度表达[3]。
野生型MLL1蛋白拥有数个结构域，MLL1基因易位重排位点位于RD（repression domain）转录抑制结构域和PHD（planthomeo domain）锌指结构域之间，所形成的MLL1-FPs含有MLL1蛋白N端的AT hook结构域、SNL（speckled nuclear localization）结构域和RD结构域，其C端的PHD结构域、TAD（transcription activation domain）转录激活结构域和SET结构域则被融合伙伴蛋白（partner proteins）代替导致丧失相关C端结构域的生理活性，但同时也获得了伙伴蛋白的新活性，从而引起下游基因表达异常[4]。迄今为止，已经有超过70种MLL融合基因被发现，大约有5%~10%的成年人急性淋巴性白血病（ALL）和急性髓性白血病（AML）的患者体内发现MLL1-FPs，在婴幼儿的急性淋巴性白血病中这个比例则超过70%[5]。因此，亟需开发能够抑制MLL1-FPs活性的抑制剂。
通常情况下,MLL1-FPs与野生型MLL1是同时存在的。将野生型的MLL等位基因敲除，单独存在的MLL1-FPs不能导致白血病发生，这说明野生型MLL表现正常生物学活性为MLL1-FPs致病性所必需[6]。因此，通过特异性地抑制野生型MLL1可能起到一定治疗效果。野生型MLL1的C端SET结构域是催化H3K4单、双及三甲基化的活性位点，但和其他拥有SET结构域的甲基转移酶不同，MLL1自身的甲基化活性很低，只有当与其他调节蛋白，如WDR5、Ash2L及RbBP5等结合时才表现出较高的生理活性，其中，WDR5蛋白是该复合物的核心组成成分，起到连接另外两种蛋白的桥梁作用，只有在WDR5存在的条件下MLL1才能招募Ash2L和RbBP5[7]。此外，在MLL家族蛋白中只有MLL1需要依靠WDR5来维持甲基化活性[8]。因此特异性抑制MLL1与WDR5相互作用是一个合理的药物设计策略。
目前，已报道的抑制MLL1与WDR5相互作用的小分子抑制剂主要分为两类，分别是拟肽类抑制剂和非肽类小分子抑制剂。
Patel[9]等人对MLL1-WDR5复合物的结构进行了解析，发现MLL1精氨酸R3765的侧链插入WDR5的一个特殊口袋中并介导多种作用力，起到最关键的作用。同时，这与Song[10]等人报道的组蛋白H3-WDR5复合物的结合模式极为相似。由MLL1蛋白序列衍生的12肽(WIN肽)是MLL1与WDR5结合时有较强结合能力的一段多肽序列，基于对WIN肽序列的研究，Karatas[11]等人发现了乙酰化的三肽Ac-ARA-NH2是能够保持较强结合能力的最短多肽序列，其Ki值为120nM。随后通过一系列结构优化等研究，得到了MM-101，其IC50值小于5nM。为提高脂溶性，在两个苯环的对位引入氟原子得到MM-102，其IC50值为2.4nM。以此为基础，Karatas等人设计合成了一系列环肽，其中MM-401与WDR5结合的Kd 小于1nM，并且表现出明显的选择性，对MLL家族蛋白的其他成员无明显作用[12]。
图1 针对MLL1-WDR5相互作用的拟肽类抑制剂
Fig.2 Examples of reported inhibitors of MLL1-WDR5 PPI
多伦多大学Vedadi[13]等人通过高通量筛选得到了一类能够与WDR5结合从而抑制MLL1与WDR5间相互作用的小分子化合物，如WDR5-0101、WDR5-0102等。根据化合物WDR5-0102与WDR5 (3SMR)的共晶结构表明WDR5-0102占据了精氨酸结合口袋，其中酰胺基与S91的侧链和C261主链氮原子形成了两个关键的氢键。由于WDR5-0102没有充分利用精氨酸结合口袋的全部区域，所以该类化合物可以做进一步的优化。Yuri[14]等人在WDR5-0102关键结构的基础上，对核心的苯甲酰胺结构进行探索，并在2013年发现了更有效的抑制剂WDR5-47 (Kdis = 0.3 mu;M)。WDR5-47与WDR5蛋白(4IA9)的共晶结构显示WDR5-47的卤原子、甲基取代基也占据了结合口袋，并与周围的侧链形成疏水相互作用。以WDR5-47为先导化合物，李冬冬[15]等人获得了与WDR5亲和力更强的化合物23（IC50=140nM）。根据对接模型显示，吡啶基可能通过与F133、F149和Y191的侧链发生疏水相互作用而占据疏水口袋的位置。随后他们继续进行结构改造并得到了抑制剂DDO-2117[16]（Kd=13.6nM,IC50=7.6nM）。
图2 针对MLL1-WDR5相互作用的非肽类抑制剂
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