人類DNA甲基轉移酶抑制劑之生化特性與結構分析

Abstract

哺乳類的 DNA甲基化是表觀遺傳中關鍵的調控機制，而其建立和維持由 DNA 甲基轉移酶 (DNMT)負責，酵素成員包括 DNMT1、DNMT3A 和 DNMT3B。所有 DNMT 都包含一個甲基轉移酶結構域，用於將甲基從輔助因子 SAM 轉移到 CpG 位點的胞嘧啶 C5 位置。 DNMT 的失調和突變與疾病有關，包括各種癌症。目前有兩種 DNMT 抑制劑阿扎胞苷 (azacitidine) 和地西他濱 (decitabine) 被批准用於癌症的治療，然而，這兩種抑制劑會與所有 DNMT 共價結合，並不具有特異性而導致嚴重的副作用。目前已發現許多非以共價鍵結的 DNMT 抑制劑，但它們對每種 DNMT 的抑制活性、特異性以及抑制機轉仍不清楚。在本篇研究中，我們選擇了幾種結構相異的非共價鍵結 DNMT 抑製劑，並測試它們對重組人類 DNMT1、DNMT3A 和 DNMT3B 的抑制活性。從我們測試的結果得知，harmine和nanaomycin最能有效抑制DNMT3A和DNMT3B，其IC50數值介於5-12 M範圍內，而白藜蘆醇 (resveratrol) 和EGCG對於三個 DNMT的抑制活性較低，IC50數值介於40-200 M範圍內。 為了細究harmine的抑制機轉，我們獲得解析度達3.09 Å 的DNMT3B-3L催化結構域與harmine結合的晶體結構，我們從中發現harmine 結合在輔助因子SAM 結合位點，解釋了為什麼harmine 能夠抑制三種DNMT ，並由酵素動力學分析證實harmine 在抑制 DNMT3B 活性方面與 SAM 競爭。我們的研究提供harmine對DNMT3B於分子層面下的抑制機轉，根據這個結果，未來，我們將優化此非共價抑制劑以設計出對其中一種 DNMT 具有特異性的新一代非共價抑製劑，期望將其應用於癌症治療上。