導(dǎo)讀

基于合成致死的PARP抑制劑研發(fā)十幾年間，異癌同治下其適應(yīng)癥逐步拓展。據(jù)藥融云數(shù)據(jù)統(tǒng)計，PARP抑制劑全球已上市及研發(fā)狀態(tài)的藥物合計65個，在中國處于研發(fā)狀態(tài)的藥物合計24個，且其2021年全球銷售額突破30億美元！這些數(shù)據(jù)均顯示，PARP依舊是腫瘤研發(fā)的熱門靶點！自2014年奧拉帕利問世以來，全球有六款PARP抑制劑獲批上市，分別是奧拉帕利、魯卡帕利、尼拉帕利、他拉唑帕利、氟唑帕利和帕米帕利。這六類“帕利”藥物在卵巢癌的治療領(lǐng)域可謂是風(fēng)生水起、六分天下！其中，尼拉帕利是目前醫(yī)保目錄中唯一實現(xiàn)全人群報銷的PARP抑制劑，以其臨床優(yōu)勢和良好的可及性填補了卵巢癌全人群一線維持治療醫(yī)保報銷的空白，為滿足廣大卵巢癌患者的迫切需求貢獻了力量。

近日，晶蛋生物最新的科研成果《Crystal Structures of the Catalytic Domain of Human PARP15 in Complex with Small Molecule Inhibitors》被BBRC雜志成功接收，文章主要報道了PARP15催化結(jié)構(gòu)域-抑制劑復(fù)合物的三種新的晶體結(jié)構(gòu)，這三種抑制劑的結(jié)合模式分為兩組，第一組包括3-AB和Iniparib，它們只在NI-亞位點結(jié)合。第二組以Niraparib（尼拉帕利）為代表，它不僅在NI-亞位點內(nèi)相互作用，而且還延伸到AD-亞位點。這讓我們更進一步理解PARP家族的配體選擇性機制，對未來基于結(jié)構(gòu)的強效PARP抑制劑的藥物發(fā)現(xiàn)具有重要意義。

01

研究背景

PARP的全稱為poly-ADP-ribose polymerase，即多聚ADP核糖聚合酶，其在各種細胞過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，包括基因組完整性、轉(zhuǎn)錄和程序性細胞死亡。在阻斷腫瘤細胞中的DNA修復(fù)以及各種癌癥治療的臨床前模型中都有明顯的效果。該蛋白家族由17個成員組成，其中，PARP15(ARTD7)屬于MART類，與端粒維護、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、應(yīng)激反應(yīng)和免疫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。雖然對于PARP15的配體結(jié)構(gòu)已有不少的研究，但是在PARP15催化活性的特異性上仍知之甚少，故晶蛋生物對此展開研究。

02

研究成果

PARP15的同源催化結(jié)構(gòu)域的一般結(jié)構(gòu)

圖1 PARP15和PARP1的催化結(jié)構(gòu)域的總體結(jié)構(gòu)。A，PARP15和3AB配合物的PARP15單體，PARP15配合物的PARP15單體和非選擇性配體STO1102(PDB代碼4f0e，灰色)，d環(huán)突出。C，兩個PARP15結(jié)構(gòu)的覆蓋層。D，PARP1催化結(jié)構(gòu)域由螺旋結(jié)構(gòu)域和ART結(jié)構(gòu)域組成。E，PARP15藝術(shù)領(lǐng)域。N端和C端顯示。

我們從PARP15和3AB配合物中得到的PARP15催化結(jié)構(gòu)域與PARP15與非選擇性配體STO1102配合物中得到的PARP15催化結(jié)構(gòu)幾乎相同(PDB code 4f0e；圖1B)。在PARP15中，可以觀察到一個類似于白喉毒素的供體部位特色折疊的β-α-loop-β-α基序，這與之前報道的其他PARP家族成員的轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域相同。盡管PARP15與其他PARP5保持了相同的9個核心β鏈和H-Y-E三鏈和4個α-螺旋，但與PARP1相比，它也揭示了一些差異(圖1D)。更重要的是，PARP15中的d-環(huán)比PARP1中的要短得多且無序（圖1A，1E)，這與一些單ADP核糖基化酶的底物特異性有關(guān)。

圖2 白喉毒素和選定的PARP15的人adp-核糖體轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域，其最近的同源物PARP 14，PARP 121，PARP1和TNKS1，彩色三角形標記典型的H-Y-E基序以及其他與其結(jié)構(gòu)和功能作用相關(guān)的關(guān)鍵位置。使用薛定諤中的多序列查看器對所有序列進行對齊和手動調(diào)整，并顯示了PARP15晶體結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)元素。紅點表示d型環(huán)的位置。

對白喉毒素和選定的ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶的活性位點序列進行了基于結(jié)構(gòu)的比對（圖2)。結(jié)果表明，PARP15與PARP1的同源序列在幾個位置不同，與PARP14活性位點的同源性最高。并且，PARP15中的Gly538在其他PARPs中也高度保守，通過與底物的酰胺基形成氫鍵，可作為煙酰胺的導(dǎo)向化合物.

PARP15中的NAD⁺結(jié)合口袋

圖3 A，PARP15的活性催化結(jié)構(gòu)域。圖2中所示的彩色三角形和圓圈的殘基以棒狀表示。B，PARP15活性位點的裂縫和形成橋梁的兩個殘基。C，PARP15催化結(jié)構(gòu)域的供體位點（紫色）和受體位點（藍色）。D，PARP15供體位點的AD-亞位點和NI-亞位點，具有某些保守殘基。AD-位點的殘基為綠色，NI位點的殘基為黃色。

典型的NAD⁺PARP家族的結(jié)合位點可分為兩個亞袋：供體位點NAD⁺和受體位點(圖3C)。NAD⁺根據(jù)位點是否與NAD的腺苷或煙酰胺基團結(jié)合，可進一步分為AD-亞位點和NI-亞位點.且PARP15結(jié)合域的其他顯著特征是，AD-位點周圍的殘基大多帶負電荷，NI-亞位點在深袋內(nèi)有死角阻塞，且與蛋白質(zhì)另一邊的受體位點沒有直接連接(圖3B)。 

PARP15的三種抑制劑的結(jié)合模式

研究發(fā)現(xiàn)，三種抑制劑均通過PARP15活性位點堆疊在Tyr582和Tyr569上，與Gly538的主酰胺和碳基或Ser577的側(cè)鏈羥基形成保守的氫鍵作用（圖4）。這兩種特定的相互作用是PARP和第一代抑制劑之間的共同特征。

 

圖4 A，PARP15活性結(jié)構(gòu)域與第一代抑制劑3-AB結(jié)合在活性位點的底部。B、D和F，分別為PARP15與3-AB、BSI-201和Niraparib配合物的靜電表面。C，BSI-201結(jié)合在PARP15的NI-亞位點。E，Niraparib結(jié)合在PARP15的NAD+的結(jié)合袋。

3-AB和Iniparib靶向AD-亞位點

3-AB是研究最多的第一代PARPs抑制劑之一，它以與煙酰胺類似的方式結(jié)合在PARP15催化位點的底部。這個抑制劑已經(jīng)與許多PARP家族成員共結(jié)晶，包括PARP1，PARP2，TNKS2，PARP10和PARP12。PARP15與3-AB復(fù)合物催化結(jié)構(gòu)域的分辨率為1.40??，酰胺基與tankyrases-2的結(jié)合模式與先前發(fā)布的相比發(fā)生了180°轉(zhuǎn)變，與Ser577的側(cè)鏈形成一個保守的氫鍵，與Gly538主鏈羰基形成另外兩個水介導(dǎo)氫鍵（圖4）。3-AB在Tyr582和Tyr569之間堆積著苯甲酰胺環(huán)。

Niraparib靶向AD-亞位點

Niraparib是一種針對PARP1和PARP2的選擇性抑制劑。在PARP15的晶體結(jié)構(gòu)中，配體在整個NAD結(jié)合域內(nèi)同時占據(jù)NI-亞位和AD-亞位，使其成為NAD⁺極好的模擬物.此外，與PARP1和PARP2的相比，PARP15中N端螺旋結(jié)構(gòu)域的缺失抑制了配體與結(jié)合位點氨基酸之間的相互作用(圖1d)。在PARP15-Niraparib的復(fù)合物中，在557-559處的三個殘基的電子密度不可見。然而，在PARP15的活性位點上仍顯示出緊密的構(gòu)象，Niraparib的大部分結(jié)構(gòu)在NI-亞位點內(nèi)，只有哌啶基團延伸到AD-亞位點(圖4F)。

03

未來展望

PARP抑制劑已成為一種新型的高效抗腫瘤試劑。我們在本研究中收集并系統(tǒng)分析PARP15與3種PARP抑制劑的的高分辨率結(jié)構(gòu)信息，將為未來基于結(jié)構(gòu)的選擇性和潛在的強效PARP抑制劑的藥物發(fā)現(xiàn)奠定堅實的基礎(chǔ)。

晶蛋生物

深圳晶蛋生物醫(yī)藥科技有限公司成立于2019年8月，致力于慢性腎病、抑郁癥和惡性腫瘤等重大疾病的膜蛋白創(chuàng)新藥物研發(fā)，立志成為全球極具創(chuàng)新力和影響力的企業(yè)，近日已完成近億元Pre-A輪融資。

核心團隊由哈佛大學(xué)、中科院上海藥物所等多所頂尖科研院所和制藥公司的博士組成，在膜蛋白抗原抗體、藥物靶點結(jié)構(gòu)解析、基于結(jié)構(gòu)和人工智能的藥物研發(fā)和藥理學(xué)等領(lǐng)域的研發(fā)能力處于國際一流水平。

公司于2020年獲得中國深圳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽生物醫(yī)藥行業(yè)一等獎、2020年“科創(chuàng)中國”先導(dǎo)技術(shù)獎、第九屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國優(yōu)秀獎、科創(chuàng)中國科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽TOP10和粵港澳大灣區(qū)生物科技創(chuàng)新企業(yè)50強等獎項。

官網(wǎng)鏈接：www.lh36.cn

商務(wù)合作：張先生 15180009998

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參考文獻

Crystal Structures of the Catalytic Domain of Human PARP15 in Complex with Small Molecule Inhibitors.