汪福意课题组在铂类抗癌化合物分子作用机制研究方面取得新进展

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金属抗肿瘤药物损伤DNA会导致一系列细胞应激反应，其中最直接的就是多种核蛋白对DNA损伤的识别和结合，因此探索DNA结合蛋白对药物抗癌活性的调控作用具有重要意义。在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学所活体分析化学实验室汪福意课题组的研究人员利用功能化纳米金作为亲合富集工具，应用基于质谱的蛋白质组学研究方法，从肿瘤细胞裂解液中富集、捕获和定性、定量鉴定了特异性结合铂类抗癌药物交联损伤DNA的蛋白质（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2948-2951; Anal. Chem. 2019, 91, 6035-6042）。研究发现，人源细胞核蛋白阳性共激活因子PC4特异性识别反铂类抗癌化合物（trans-PtTz）交联损伤DNA，在反铂损伤DNA的细胞应答过程中可能起到重要的调控作用。
　　近年来，研究人员利用飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）成像技术在单细胞水平上研究了铂类抗肿瘤化合物的亚细胞分布以及与生物靶分子的相互识别和相互作用，原位观察到细胞内高迁移率族蛋白HMGB1与顺铂损伤DNA的特异性结合（Anal. Chem. 2020, 92, 15517-15525），并且首次发现顺铂损伤DNA阻碍关键转录因子Smad3与DNA的结合并抑制Smad3的转录活性（Chem. Sci. 2021, 12, 5419-5429）。

图1. 应用ToF-SIMS进行通量细胞成像，结合区域定量统计分析方法发现PDS预处理后的HeLa细胞内铂累积量显著上升。

图2. PDS下调trans-PtTz损伤DNA特异性结合蛋白PC4的表达，抑制DNA损伤的修复，显著增强反铂配合物的抗肿瘤活性。

　　最近，他们和山东中医药大学的王世军教授合作，通过质谱定量蛋白质组学分析方法，研究发现一种G-四链体诱导和稳定剂吡啶骈他叮（PDS）可以显著下调HeLa宫颈癌细胞中PC4蛋白的表达，并显著增强反铂配合物trans-PtTz的抗肿瘤活性。结合前期的研究结果，利用电感耦合等离子质谱（ICP-MS）定量分析和ToF-SIMS成像分析（图1）进一步的研究表明，PC4与反铂损伤DNA的特异性识别和结合可能启动细胞对铂损伤的修复，从而降低反铂配合物的抗肿瘤活性；而PDS可以通过下调PC4表达，抑制铂损伤DNA的修复，显著提升细胞中铂的积累，可能是其增强反铂抗肿瘤活性的主要原因（图2）。该成果为构建具有更强抗癌活性的新型金属抗肿瘤药物提供了新思路，研究成果近日发表在Nucleic Acids Research, 2022, 50, 3070–3082，第一作者为侯垠竹博士，通讯作者为赵耀副研究员、汪福意研究员和王世军教授。
       文章来源：化学所
       汪福意，中国科学院化学研究所。2007年回国加入中科院化学所，2009年获得中科院百人计划择优支持，历任国家大型科学仪器中心北京质谱中心主任（2015 - ），中国质谱学会常务理事 (2008.9 – 2017.8)，生物质谱专业委员会副主任委员（2012.8 –2017.8）中国生物化学与分子生物学学会蛋白质组专业委员会委员 （2011.4 –）。汪福意研究员课题组长期从事质谱和质谱成像方法学及其化学生物学应用研究，致力于发展和建立基于质谱和质谱成像的分析新方法、新技术，研究金属抗癌药物/候选药物与生物靶分子或靶细胞的相互作用，为高效、低毒金属抗癌药物的设计优化和临床前研究提供理论基础和实验依据。研究工作曾发表在PNAS, J. Am. Soc. Chem., Angew.Chem., Anal.Chem., Inorg. Chem.等国际著名学术期刊上。