天然產(chǎn)物一直以來都是新藥研發(fā)的重要來源。除了獨特的骨架多樣性之外，天然產(chǎn)物往往含有豐富的官能團，為同時結(jié)合多種蛋白提供了可能。因此，來自加州大學伯克利分校的研究人員提出：具有多親電片段的化合可能是分子膠水類分子的重要來源，它們可同時結(jié)合多個蛋白，促進蛋白之間的相互作用?；谏鲜黾僭O(shè)，他們選取了從鏈霉菌中分離得到的天然產(chǎn)物Manumycin類化合物作為研究對象（Manumycin類天然產(chǎn)物屬于聚酮類化合物，其結(jié)構(gòu)片段中含有多個不飽和酰胺、環(huán)氧乙烷等親電片段），發(fā)現(xiàn)了其分子膠水作用及在抗腫瘤中的活性功能。
首先，研究人員對Manumycin家族的代表性分子asukamycin (1)進行了細胞水平的活性篩選，發(fā)現(xiàn)該化合物對三陰性乳腺癌細胞具有良好的抗腫瘤作用。隨后，利用化學蛋白質(zhì)組學的方法，研究人員發(fā)現(xiàn)：與對照組相比，加藥孵育3小時后，化合物與UBR7中C374的共價結(jié)合顯著增加，提示UBR7可能是該化合物的主要作用靶點之一。隨后，通過在腫瘤細胞中沉默和過表達UBR7，研究人員進一步證實了上述猜想。
雖然有研究認為，UBR7是一種E3泛素化連接酶，可泛素化地降解組蛋白，但該蛋白的生理、生化功能研究仍十分不充分，研究人員無法構(gòu)建其體外蛋白水平的測試模型。考慮到化合物1具有多個缺電官能團，研究人員測試了UBR7和其它蛋白的相互作用情況。與對照組相比，在與化合物1孵育后，UBR7與PRKDC、TP53等蛋白的相互作用顯著增強，但僅當TP53被沉默之后，化合物1的抗腫瘤活性發(fā)生了大幅下降。上述實驗提示，化合物1可能促進了UBR7與TP53的相互作用，進而發(fā)揮抗腫瘤作用。這個觀點在WB實驗中得到了佐證：研究者對UBR7富集的蛋白進行了免疫印跡研究，在此過程中，研究人員意外地發(fā)現(xiàn)，除TP53的條帶外，還有一個未知的條帶位于100~140Kda的區(qū)間。通過雙色WB實驗和蛋白質(zhì)譜分析，證實了該條帶同時含有UBR7和TP53兩種蛋白，表明化合物1可同時與UBR7和TP53結(jié)合，形成UBR7-化合物-TP53三元復合物。
TP53是著名的腫瘤抑制因子。研究團隊測試了化合物1對TP53蛋白熱穩(wěn)定性的促進作用。實驗結(jié)果表明，化合物1可促進TP53的熱穩(wěn)定性，且與單純的TP53相比，UBR7-化合物-TP53三元復合物的高分子量條帶具有更佳的熱穩(wěn)定性；敲低UBR7則會降低化合物對TP53的熱穩(wěn)定性促進作用，表明UBR7可促進化合物1與TP53的結(jié)合。
化合物-UBR7可在轉(zhuǎn)錄水平上激活TP53，化合物可增強TP53與其DNA共有序列的結(jié)合；沉默UBR7能減弱TP53靶基因TP53AIP1的mRNA水平；化合物可通過UBR7的C374增強p53報告基因的活性。同位素標記的蛋白質(zhì)組學結(jié)果結(jié)合KEGG分析結(jié)果顯示，在給藥前后，TP53通路的關(guān)鍵蛋白發(fā)生了顯著改變。除了乳腺癌細胞外，化合物1也可通過調(diào)節(jié)TP53抑制結(jié)腸癌細胞HCT116的增殖。
最后，研究團隊對化合物1的結(jié)構(gòu)類似物Manumycins A和D (2和3)進行了研究。結(jié)果表明，化合物2具有與化合物1類似的作用，而當化合物2中的環(huán)氧乙烷片段被打開(即化合物3)后，化合物3僅保留了對UBR7的結(jié)合作用，而失去了對TP53的結(jié)合。上述結(jié)果表明，環(huán)氧乙烷片段對于該類化合物與TP53的結(jié)合至關(guān)重要。
天然產(chǎn)物是藥物研發(fā)結(jié)構(gòu)多樣性的重要來源，其往往含有多功能團并作用于多種靶標，和“分子膠水”的概念有較好的重合，因此，利用天然產(chǎn)物中的現(xiàn)有基團改造獲得“分子膠水”是未來此類藥物研發(fā)的重要源頭。
參考文獻
Isobe Y, Okumura M, McGregor LM, et al. Manumycin polyketides act as molecular glues between UBR7 and P53. Nat Chem Biol, 2020, 16: 1189-1198
110102000668（1）號