别构激酶抑制剂的避孕分子机制新发现

2023年6月3日，美国明尼苏达大学Gunda I. Georg教授在Nature communication上发表题为“Development of allosteric and selective CDK2 inhibitors for contraception with negative cooperativity to cyclin binding”的研究论文。CDK2（细胞周期蛋白依赖性激酶2）是许多治疗适应症的靶点，包括非激素避孕。研究团队发现了一类高亲和力结合CDK2的邻氨基苯甲酸衍生物抑制剂，这类抑制剂的优势在于：

1. 比起先前的ATP位点抑制剂具有更好的选择性；
2. 更小的脱靶毒性；
3. 更好的亲和力及更慢的脱靶速率。

探索改进物理化学性质的新型抑制剂

新型别构抑制剂可以破坏在精母细胞减数分裂至关重要的CDK2/SPY1蛋白互作，并且保留了CDK2与细胞周期蛋白结合的活力，从而提供了一种安全有效的避孕选择。

为了探讨别构抑制剂5的选择性，研究人员引入了ATP位点CDK2抑制剂dinaciclib这款药物作为对比。如图1所示，dinaciclib不仅可以结合到靶点CDK2的上，还可以与CDK1结合，从而表现出脱靶毒性。而通过Biacore实验，可以简单地验证出别构抑制剂5对靶点CDK2的选择性，如图2及图3所示，抑制剂5仅与靶点结合，而不与CDK1结合。

图1：ATP抑制剂dinaciclib与CDK1结合

注：SSA为作者简写的Biacore分析方法Steady-state affinity

图2：抑制剂5以nM亲和力结合CDK2

注：SSA为作者简写的Biacore分析方法Steady-state affinity

图3：抑制剂5不结合CDK1

值得注意的是，研究人员发现，这些别构抑制剂与细胞周期蛋白结合表现出强烈的负协同关系，那么其具体机制是怎样的呢？

研究人员通过Biacore实验发现：别构抑制剂结合靶点是典型的“快上快下”模式，而细胞周期蛋白与靶点的结合，是典型的动力学曲线，具有较慢的解离速率（如图4所示）。正如图5的构象图所示，当细胞周期蛋白与CDK2结合时，其缓慢的解离使CDK2无法获得别构抑制剂结合所必需的非活性构象，相反，别构抑制剂的快速解离允许细胞周期蛋白结合CDK2，并将其困在活性的构象中。这也就解释了两者之间的非竞争结合CDK2，但是却呈现出负协同关系。Biacore不仅能给到亲和力数据，还能给出分子间结合实时的动力学，动力学数值可以表征分子结合/复合物稳定性的重要信息。

图4：细胞周期蛋白与CDK2结合

图5：CDK2与抑制剂结合的非活性构象及与细胞周期蛋白与结合的活性构象

小结：最后，研究人员使用这些化合物开展了一系列生物学测试，结果验证了之前的研究，并发现这类别构抑制剂有望进一步发展成为靶向CDK2的选择性疗法，并且验证了它们具有作为避孕药的潜力。

Biacore已成为在科研及药物研发中不可或缺的利器，在这篇文献里，科研人员不仅对药物的选择性做了深入的研究，并且从分子机制解释了“为何这类药物与细胞周期蛋白结合表现出强烈的负协同关系”，验证了其结构学的结论。在药物研发领域上，不论是抗体、疫苗、小分子，或者是本文所研发的蛋白激酶抑制剂，Biacore都一直陪伴着我们广大的科研及药物研发人员，可谓是“Biacore在侧，药物研发不会愁”。

Faber, Erik B et al. “Development of allosteric and selective CDK2 inhibitors for contraception with negative cooperativity to cyclin binding.” Nature communications vol. 14,1 3213. 3 Jun. 2023, doi:10.1038/s41467-023-38732-x