背景介绍：
驱动蛋白Eg5（kinesin-5），又名驱动蛋白超家簇成员11（kinesin fanmily member11），位于纺锤体微管，参与中心体的分离和双极纺锤体的形成。Eg5在多种肿瘤细胞中高表达，并与肿瘤的发生、发展及预后密切相关。检测Eg5对肿瘤的早诊早治、判断肿瘤转移及预后具有着重要意义。由于Eg5参与有丝分裂的中心体分离和双极纺锤体形成，因此可作为肿瘤治疗的靶点。研究发现一些新型的Eg5抑制剂用于癌症治疗非常重要。
实验过程：
图1 实验过程
研究选择5个Eg5抑制剂与蛋白的复合物晶体结构（PDB_ID:2XAE，3KEN，4A50，4A51，4BBG），从晶体结构中提取Eg5抑制剂结构，然后使用ROCS进行叠合，产生5个提问结构。然后对5个提问结构进行评价，结果发现提问结构5（query5）命中活性化合物的概率最大大。因此选择query5进行形状相似性搜索，打分方法选择shape tanimoto。
选择Specs数据库的204000个化合物进行虚拟筛选。首先使用OMEGA模块的FILTER对数据库中的化合物进行预处理，筛掉不满足成药规则的化合物，然后对符合成药规则的化合物进行构象枚举。然后使用结构5进行形状相似性搜索、静电相似性搜索和分子对接筛选得到符合筛选条件的23个化合物。最后对这23个化合物进行了生物活性测定。
实验结果：
1. 筛选结果
使用ROCS模块对提问结构5进行形状相似性搜索，使用EON模块进行静电相似性搜索，最后进行对接筛选，得到23个化合物。使用ROCS进行形状相似性筛选时发现化合物YL001的形状与提问结构最相似，shape tanimoto值为0.70（如图2）。接着对命中的化合物进行静电相似性搜索，发现化合物YL001的N，N-二甲胺基团与提问结构的氨基基团的静电相似，三氟甲基基团和烷基相似（如图3）。对接筛选发现，化合物YL001分别与蛋白4A50, 4A51和4BBG对接时，良好的的对接构象打分分别为-8.9、-9.4 和-9.2 kcal/mol。质子化的N，N-二甲胺基团与Glu116形成氢键，三氟甲基基团位于原始配体烷基所在的疏水腔（如图4）。
图2 提问结构5（左边）与化合物YL001（右边）的3D形状
图3 提问结构（左边）与化合物YL001（右边）的分子表面静电图
图4 化合物YL001在活性口袋中的结合构象。2D相互作用图（左）:氢键作用（黑色虚线），pi-pi堆积相互作用（绿色虚线）。活性口袋表面（右）:碳（绿色)，氮（蓝色），氧（红色），极性氢（白色）。
2. 活性测定结果
对虚拟筛选命中的23个化合物进行生物活性测定。使用酶筛选和靶标筛选的方法，验证命中化合物的选择性。实验结果发现化合物YL001表现出较高的选择性抑制活性。因此又对化合物YL001进行了细胞活性测定，结果如图5所示。经化合物YL001处理的细胞会形成单级纺锤体，导致细胞正常有丝分裂的纺锤体中断，如图5A所示。化合物YL001对癌细胞株系HCT116、Hela、MCF-7进行抑制活性测定，发现化合物YL001使这三个癌细胞株系的细胞分裂都停止在G2/M期，对癌细胞株系HCT116的抑制效果最好（图5B）。进一步研究发现，化合物YL001抑制细胞形成的IC50为124 nM，比已知抑制剂STLC的抑制效果好。
图5 经化合物YL001处理的细胞表型分析
3. 化合物YL001的抗肿瘤活性
化合物YL001对人和小鼠的癌细胞株系的抗肿瘤活性进行了研究，结果如表1所示。YL001表现出对大多数肿瘤细胞都有抑制活性，EC50为5-20µM。Eg5蛋白在细胞中的表达量的顺序为HeLa > MCF-7 > U87 > HT1080，这与YL001的抑制活性成正相关，即Eg5的表达量越多，YL001的抑制效果就越好。
表1 YL001抗肿瘤活性研究结果
结论：
研究中，我们综合使用了多种虚拟筛选方法，成功的发现了Eg5蛋白的特异性抑制剂YL001。并通过活性测定和抗肿瘤活性测定发现YL001具有很强的抗肿瘤活性。研究结果表明，Eg5蛋白抑制剂YL001有希望发展成为癌症治疗药物。
使用模块：OMEGA(Filter)、ROCS、EON
可提供免费试用，如有需要请发邮件至：dingmei@tri-ibiotech.com
参考文献：
1. Wang Y, Wu X, Du M, et al. Eg5 inhibitor YL001 induces mitotic arrest and inhibits tumor proliferation[J]. Oncotarget, 2017, 8(26):42510-42524.
