【原】福建师范大学林华课题组J. Med. Chem.：降解CDK8-Cyclin C复合物的疏水标签降解剂的发现

导语

细胞周期蛋白（Cyclins）结合并激活细胞周期蛋白依赖性激酶（Cyclin-dependent kinases, CDKs）形成CDK-Cyclin复合物，进而驱动细胞周期和转录的正常运转。CDK8是转录相关的CDK、能与其对应调节亚基Cyclin C形成CDK8-Cyclin C复合物、并进一步与MED12/13等构成转录中介体复合物的激酶模块，调控细胞转录进程。

目前，靶向CDK8激酶的药物主要是ATP竞争性抑制剂，已有3种CDK8抑制剂（TSN084、BCD115和SEL120）进入临床试验。然而，CDK8抑制剂会由于脱靶效应造成潜在的毒性反应，阻碍其在临床上进一步发展。此外，到目前为止，还没有能够直接调节Cyclin C的小分子调节剂的报道。

近日，福建师范大学的林华研究员联合中科院上海药物研究所罗成研究员、周虎研究员在此前CDK9/cyclin T1复合物降解剂的研究基础上（Journal of Medicinal Chemistry, 2022, 65, 11034-11057），开发了首个降解CDK8-Cyclin C复合物的小分子疏水标签降解剂，相关成果发表在Journal of Medicinal Chemistry（DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c02045）。

前沿科研成果

降解CDK8-Cyclin C复合物的疏水标签降解剂的发现

肿瘤细胞通常利用转录相关的CDK-Cyclin复合物维持各种促癌基因的持续转录。CDK8-Cyclin C复合物在转录的不同阶段发挥不同功能，在多种肿瘤中都出现了CDK8-Cyclin C的异常活化，肿瘤细胞依赖CDK8-Cyclin C表达促进其存活、增殖、侵袭的基因，CDK8-Cyclin C是一个有潜力的抗肿瘤靶点，对CDK8-Cyclin C进行药理学干预有望用于肿瘤治疗。

目前已知的CDK8抑制剂多为CDK8/19双重抑制剂，无法区分CDK8与CDK19，存在着一定的弊端。同时，已报道的两种CDK8降解剂只能降解CDK8，无法降解Cyclin C，且它们对CDK家族的降解选择性也没有被评价，高选择性的CDK8降解剂仍有待开发。此外，至今仍未见有能够直接影响Cyclin C活性的小分子调节剂的报道。因此，针对CDK8-Cyclin C复合物，尤其是不可成药靶标Cyclin C开发高选择性、高活性的新型降解剂具有重要意义。

研究团队选择CDK8抑制剂BI-1347作为起点化合物，通过对结合模式进行分析发现：BI-1347酰胺键氮上取代的两个甲基朝向溶剂暴露区域，且周围没有较大氨基酸残基形成位阻，是理想的疏水基团锚定位点。随后，作者在安装疏水标签之前向BI-1347中分别添加了柔性与刚性的过渡部分，并讨论了不同疏水基团、linker的长短、linker中杂原子的有无对CDK8和Cyclin C降解的影响。

作者发现：基于疏水标签技术的降解剂确实可以同步降解CDK8和Cyclin C，优选化合物LL-K8-22的疏水基团为金刚烷基团，在已经添加刚性哌嗪环的BI-1347基础上由三个烷基作为linker，具有一定的结构新颖性。同时作者还发现：与大多数PROTAC降解剂一样，疏水标签降解剂同样需要具有合适长度与朝向的linker才能实现对靶标的有效降解。

图1. 疏水标签降解剂的初步设计与评价（图片来源：J.Med.Chem.）

图2. 疏水标签降解剂的再设计与结构优化（图片来源：J.Med.Chem.）

LL-K8-22对CDK8和Cyclin C蛋白的半数降解浓度DC₅₀分别是2.52 μM和2.64 μM，这表明LL-K8-22对CDK8和Cyclin C具有相近的降解效能，且呈现浓度依赖的特点，没有“Hook效应”。LL-K8-22对CDK8-Cyclin C的降解具有高度选择性，通过蛋白免疫印迹法及蛋白质组学分析方法发现LL-K8-22对其他CDK和Cyclin蛋白影响较弱。

值得注意的是，LL-K8-22在显著降解CDK8-Cyclin C的同时不降解CDK8的高度同源蛋白CDK19，不影响CDK19的蛋白表达水平，这说明LL-K8-22通过影响蛋白丰度，增加了作用的选择性，相比于原型抑制剂不加区分地抑制CDK8和CDK19，LL-K8-22在降解层面实现了对CDK8与CDK19的区分，突出了疏水标签降解剂在靶向选择性方面相较于传统抑制剂的优越性。

图3. 疏水标签降解剂的半数降解浓度与选择性检测（图片来源：J.Med.Chem.）

随后，作者在不同肿瘤细胞中比较了原型化合物BI-1347与疏水标签降解剂LL-K8-22的抗增殖、抑制生长和克隆形成的能力。相比BI-1347，LL-K8-22具有更强的体外抗肿瘤活性，这表明：LL-K8-22作为CDK8-Cyclin C复合物的降解剂，能够更完全地在肿瘤细胞中阻断CDK8与Cyclin C的功能，具有潜在的治疗优势。

图4. LL-K8-22对肿瘤细胞具有更强的增殖抑制活性（图片来源：J.Med.Chem.）

作者进一步在三阴性乳腺癌细胞MDA-MB-468中比较了原型化合物BI-1347与疏水标签降解剂LL-K8-22对CDK8下游信号通路的影响。相比BI-1347，LL-K8-22具有更强的药效，能更彻底地抑制CDK8-Cyclin C相关信号通路——如对Stat1磷酸化的抑制作用更持久、对Rb及其它转录因子的活性影响更显著等。在转录组学的研究中，作者发现LL-K8-22抑制E2F和MYC介导的致癌转录事件，并对肿瘤相关信号通路具有深刻影响。

图5. 比较LL-K8-22与BI-1347在三阴性乳腺癌细胞中对CDK8-Cyclin C下游信号通路的影响（图片来源：J.Med.Chem.）

综上研究表明，LL-K8-22是选择性的靶向CDK8-Cyclin C复合物的疏水标签降解剂，可以用于后续对CDK8-Cyclin C复合物功能的探究。LL-K8-22实现了对CDK8和Cyclin C的同步有效降解，提示在靶向蛋白质复合物及不可成药靶标的降解剂的设计中，疏水标签降解技术应用前景广阔。

本篇工作通讯作者为福建师范大学的林华研究员及中科院上海药物研究所的罗成研究员和周虎研究员，共同第一作者为中科院上海药物研究所硕士生王铭宇、福建医科大学博士生林荣坤、中科院上海药物研究所博士毕业生李佳城和中科院上海药物研究所博士生索玉颖，这一研究获得了国家自然科学基金和福建省自然科学基金等的资助。

课题组简介

研究方向：

1）基于蛋白结构的药物分子设计与合成，靶向BPTF、CDK家族、RhoA、TEAD等新型抑制剂和降解剂的开发，为恶性肿瘤提供治疗与化学干预的药物先导化合物。

2）针对核激素受体ERRγ、PGC1α、PPARγ、GR等目标靶点设计合成具有体外和体内生物活性的小分子化合物, 为糖尿病、肥胖症等相关疾病提供治疗与化学干预的药物先导化合物。

3）药物化学方法学的开发，为蛋白定点修饰提供化学基础。 

林华研究员简介

林华，研究员，博士生导师，“闽江学者”特聘教授。2002年本科毕业于复旦大学化学系，并分别在2008年和2012年于复旦大学化学系获得硕士和博士学位。曾在复旦大学生物医学研究院、药学院和美国Scripps研究所进行博士后研究，2020年5月加入福建师范大学南方生物医学研究中心。在Cell、ACS Cat、PNAS、J Med Chem等专业期刊发表SCI论文38篇，获得授权国际专利1项、中国专利2项。

邀稿