CN103044338A - miR-21小分子抑制剂及应用 - Google Patents
miR-21小分子抑制剂及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种miR-21小分子抑制剂及应用。本发明药物是能特异性抑制miR-21表达,进而促进多种肿瘤细胞凋亡的化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈。2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈与miR-21接位结合能力Ki=1.49nM,deltaG=-12.04kcal/mol。其制备包括:将化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈溶于去离子水中配成母液,后按一定比例加入肿瘤细胞(胶质瘤、胃癌和乳腺癌)培养体系,能特异性的抑制miR-21表达,而基本不影响其他miRNA表达。同时细胞周期出现G0/G1期阻滞,细胞凋亡百分比例明显增加,对肿瘤实现更有效的抑制。
Description
技术领域
微小RNA(microRNA或miRNA)是指长度约21~25nt的某些特殊的小型非编码RNA组成的家族,这些miRNA能够识别特定的目标mRNA,并在转录后水平通过促进靶mRNA的降解和/或抑制翻译过程而发挥负调控基因表达的过程,并与个体发育、干细胞分化和疾病发生密切相关。miRNA最初的转录结构是一个发夹结构的pri-miRNA,经过Drosha酶加工后得到pre-miRNA,通过依赖RanGTP/exportin5(Exp5)的转运机制完成pre-miRNA转运出核,经过Dicer酶切后pre-miRNA降解成约22nt的单链RNA形成成熟的miRNA;成熟的miRNA在RISC中能够识别特定的目标mRNA的3`UTR区域。每个miRNA具有数十种到甚至更多的蛋白表达调控靶点,而每一种蛋白表达有可能同时受到多个miRNA的调控。miRNA在大小、结构和功能方面存在着高度的保守性,组成了物种进化过程中细胞高度复杂的RNA表达调控网络。目前研究发现,miRNA在肿瘤、心脑血管疾病、免疫系统疾病等中存在着特异性的表达谱。因此,miRNA在以上相关疾病的发病机制、早期诊断以及寻找新的治疗策略的研究中意义重大。
背景技术
miR-21是较早发现的人类miRNA之一,与许多种肿瘤和心脑血管疾病关系密切。以胶质瘤为例,Ciafrè等人通过对胶质瘤手术标本以及胶质母细胞瘤细胞系的miRNA表达谱的分析,证实miR-21作为表达上调的miRNA代表,在胶质瘤组织中的表达水平是瘤周“正常组织”表达水平的1.8~9.3倍;而在胶质母细胞瘤细胞系中,其表达水平比正常脑组织表达水平要高1.6倍。反义miR-21下调miR-21表达水平,可以使胶质瘤细胞增殖侵袭能力下降,肿瘤细胞凋亡增加,肿瘤体内生长受到抑制。因此,如能有效调控miR-21水平,则极其有助于推动肿瘤和心脑血管疾病的治疗发展。目前,下调miRNA表达水平的方法,主要有化学合成寡核苷酸和构建载体2个方法。化学合成寡核苷酸采用反义miRNA来阻断特定miRNA的活性。对于载体而言,主要是构建质粒或者病毒系统来表达与miRNA前体的茎环结构互补的siRNA。但这些方法因为价格较昂贵,目前大多处于实验室阶段,还无法真正用于临床治疗。因此,发现新的手段来下调miRNA水平,成为极为迫切的研究领域。
发明内容
本发明目的是解决目前下调miR-21方法价格昂贵且未真正应用于临床的问题,提供一种下调miR-21新方法即miR-21小分子抑制剂。
本发明的一种miR-21小分子抑制剂为2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈,化学式为C5H11N5,分子量为141.17434g/mol,是一种六元杂环有机化合物,其碳氮环结构类似于嘧啶,1、3位含有两个氮原子,2、4、5、6号位置上均为碳原子,各原子均由单键连接。2、4号位置上分别连有一个氨基取代基,5号位置上则连有一个腈基取代基。
化学结构式为:
2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈与miR-21接位结合能力Ki=1.49nM,deltaG=-12.04kcal/mol。在筛选的候选化合物中结合能力最强。
miR-21小分子抑制剂2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈抑制剂应用,下调miR-21小分子,抑制肿瘤细胞生长。应用于抑制肿瘤细胞的药物。
miR-21的小分子抑制剂是从美国癌症研究院(NIH)的癌症治疗计划(DTP)中筛选获得。该项目成立于1955年,到目前超过40种美国许可的化学治疗药物是在该项目中获得完成,其中包括最常见的化疗药紫杉醇(Paclitaxel),并且市场上超过70%的抗癌药物的研发也均与该项目有关。此项目数据库目前已拥有超过20万中化学小分子的2D或3D化学结构,提供原药供科研使用。我们利用计算机结构模拟miR-21前体的3D结构,从DTP数据库中筛选与之结合位点匹配度最高的化合物,并经体内外实验进一步验证,确定了化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈为最优的miR-21抑制剂。目前该抑制剂没有商品化,但可以从DTP免费获得。MC-Fold/MC-Sym pipeline是一种常用的RNA二级及三级结构预测的软件。将RNA相关序列输入MC-Fold中可以得到RNA的二级机构,而进一步将此二级结构输入MC-Sym中则会产生对应的三级结构。具体筛选过程如下:
1.Has-miR-21的前体序列我们从miRBase(http://microrna.sanger.ac.uk/sequences/)中获得(5’UGUCGGGUAGCUUAUCAGACUGAUGUUGACUGUUGAAUCUCAUGGCAACACCAGUCGAUGGGCUGUCUGACA3’),我们将其输入MC-Fold软件中得到其对应的二级结构(http://microrna.sanger.ac.uk/cgi-bin/sequences/mirna_entry.pl?acc=MI0000077),然后选取二级结构中的茎环结构序列(5’UGUUGACUGUUGAAUCUCAUGGCAACA3’),输入/MC-Sympipeline软件中得到了其三级机构。
2.我们进一步对此三级结构利用MC-FOLD|MC-SYMpipeline构建3D模型。
3.3D模型进一步利用TINKER Molecular Modeling Package(http://dasher.wustl.edu/tinker/)进行了能量优化。
4.优化后的模型又进一步使用pmol2q工具加氢,加电荷,输出mol2格式文(http://www.sourcefiles.org/Scientific/Biology/Proteins/pmol2q_2.3.0.tar.gz),然后使用AutoDockTools(ADT)将文件转换为AutoDock4识别的文件类型*.pdbqt。
4.配体小分子库我们使用的是:经过筛选,具有成药潜能的有约2000个化合物的NCIDiversitySet(http://dtp.nci.nih.gov/branches/dscb/diversity_explanation.html)。筛选过程请参阅原网站内容或NCI_Diversity_Set_ref.pdf。
6.分子对接。AutoGrid4和AutoDock4(http://autodock.scripps.edu/)被用于生成栅格和执行分子对接。受体对接位点选在Dicer酶切位点附近。对接后Estimated InhibitionConstant在nM级别的小分子有48个。而其中的化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈具有最强的结合能力(Ki=1.49nM,deltaG=-12.04kcal/mol).该分子与miR-21最佳对接位点。
miR-21小分子抑制剂的应用说明,取42mg化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈,溶于3ml的二甲基亚砜(DMSO)中得到浓度为0.1M的母液,6孔板中接种肿瘤细胞,细胞数量为10-15万,使用中皿则接种为20-30万;用10%FBS的DMEM培养24h后,加入2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈母液使终浓度分别为1.5、7.5、15、30、75μM,培养24h后结果发现,在胶质瘤U87和LN229细胞系,乳腺癌MCF-7细胞系,胃癌SGC7901细胞系中,miR-21表达水平呈浓度依赖性显著降低(图3a)。并且miR-21表达水平随处理时间增加而表达降低(图3b)。
以U87和LN229胶质瘤细胞,SCG7901胃癌细胞,MCF-7乳腺癌细胞为模型,考察化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈处理后对其他miRNA表达水平的影响。当化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈处理胶质瘤、乳腺癌和胃癌细胞6小时后,其他miRNA均基本不变;24小时后,4个细胞系的miR-23b、miR-566、miR-27b、miR-222、miR-524-5p表达下降,而let-7i、miR-218、miR-1280、miR-200a表达则上升;另外,miR-181d表达在胶质瘤(图3a,3b)和乳腺癌细胞(图3c)中上调,在胃癌细胞(图3d)中下调。miR-23b表达水平在U87,LN229,MCF-7和SGC7901中分别下降到0.42(图4a),0.48(图4b),0.46(图4c),和0.44(图4d);miR-566表达水平分别下降到0.49(图4a),0.22(图4b),0.65(图4c)和0.56(图4d);miR-27表达水平分别下降到0.73(图4a),0.52(图4b),0.69(图4c),和0.65(图4d);miR-222表达水平分别下降到0.39(图4a),0.51(图4b),0.63(图4c),和0.60(图4d);miR-524-5P表达水平分别下降到0.50(图4a),0.68(图4b),0.63(图4c),和0.69(图4d);而let-7i表达水平在U87,LN229,MCF-7和SGC7901中分别上调到1.93(图4a),2.09(图4b),1.13(图4c)和2.45(图4d);miR-218分别上调到2.51(图4a),1.75(图4b),1.65(图4c),和1.70(图4d);miR-1280分别上调到4.46(图4a),4.41(图4b),1.57(图4c),和2.66(图4d);miR-200a分别上调到3.22(图4a),1.67(图4b),2.30(图4b),和3.40(图4d)。
以U87和LN229胶质瘤细胞,SCG7901胃癌细胞,MCF-7乳腺癌细胞为模型,考察化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈治疗后,化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈处理胶质瘤、乳腺癌和胃癌细胞48小时后,细胞周期出现G0/G1期抑制。在U87中,小分子抑制剂处理组与对照组相比G0/G1期(%)由53.31%延长到74.63%(图5a),LN229中由51.9%延长到70.02%(图5b),MCF-7中由49.93%延长到64.06%(图5c),SGC7901由45.32%到67.31%(图5d)。
以U87和LN229胶质瘤细胞,SCG7901胃癌细胞,MCF-7乳腺癌细胞为模型,考察化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈治疗后,化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈处理胶质瘤、乳腺癌和胃癌细胞48小时后,细胞凋亡比例增加。在U87中,小分子抑制剂处理组与对照组相比凋亡数由2.5%上升到13.16%,在LN229中,凋亡数由2.80%上升到16.30%,在MCF-7中凋亡数由1.84%上升到11.81%,在SGC7901中由3.11%上升到15.00%。如图6所示。
本发明提供的miR-21小分子抑制剂,能特异性抑制miR-21表达,起到抗肿瘤作用。化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈,能较好地并特异性的下调miR-21水平,能有效诱导多种肿瘤细胞凋亡,和细胞周期G0/G1期阻滞,具有潜在的抗肿瘤效果。
附图说明
图1:小分子的筛选流程。
图2:与Dicer酶切位点对接后示意图。
图3:化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈对miR-21表达的影响。
化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈处理胶质瘤、乳腺癌和胃癌细胞后,其抑制miR-21表达的效果呈现浓度依赖性和时间依赖性。
图4:化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈对其他miRNA表达的影响。
化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈(30μM)处理胶质瘤、乳腺癌和胃癌细胞6小时后,其他miRNA均基本不变。24小时后,4个细胞系的miR-23b、miR-566、miR-27b、miR-222、miR-524-5p表达下降,而let-7i、miR-218、miR-1280、miR-200a表达则上升;另外,miR-181d表达在胶质瘤和乳腺癌细胞中上调,在胃癌细胞中下调。
图5:化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈对细胞周期的影响
化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈(30μM)处理胶质瘤、乳腺癌和胃癌细胞48小时后,细胞周期出现G0/G1期抑制。
图6:化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈对细胞凋亡的影响
化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈(30μM)处理胶质瘤、乳腺癌和胃癌细胞48小时后,细胞凋亡比例增加。
其中:30μM是一浓度单位,即30微摩尔。
具体实施方式
实施例1:miR-21小分子抑制剂抑制胶质瘤细胞
取42mg化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈,溶于3ml的DMSO中得到浓度为0.1M的母液。6孔板中分别接种U87和LN229胶质瘤细胞,细胞数量大约为10-15万,含10%FBS的DMEM培养24h后,加入2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈母液使终浓度分别为1.5、7.5、15、30、75μM,培养0.5、1、2、6、24、48h后,real-timePCR检测miR-21和其他miRNA表达,并行细胞周期及细胞凋亡检测。real-time PCR具体方法:使用RNA提取试剂盒提取细胞中总RNA,采用AMV逆转录酶进行逆转录。利用SYBR Green荧光染料掺入法进行Real-time PCR,以U6为内参,miR-21及U6引物合自上海吉玛公司。反应条件为95℃3min,95℃12s,62℃40s,读板,从第二步开始循环39次。绘溶解曲线,从69℃到96℃,每0.2s升高0.2℃。2-△△CT法分析数据。细胞周期:收集单细胞悬液,弃培养基,用冷PBS洗涤细胞两次;75%乙醇1ml重新悬浮细胞后,置于4°C冰箱中固定大于18h。4°C以1000rpm离心5min去除乙醇;PBS(0.01M,pH7.2)洗涤细胞,4°C以1000rpm离心5min两次;200μl Ranse A(1mg/ml)、37°C孵育30min;800μl PI染色液混匀后4°C避光染色30min。用流式细胞仪检测。细胞凋亡:离心收集悬浮细胞,弃培养基,用冷PBS洗涤细胞两次,用400ul1XBinding Buffer悬浮细胞,加入5ul Annexin V-FITC,轻轻混匀后于2-8°C避光条件下孵育15分钟,加入10ul PI后轻轻混匀于2-8°C避光条件下孵育5分钟。用流式细胞仪检测。
实施例2:miR-21小分子抑制剂抑制乳腺癌细胞
取42mg化合物(指miR-21的小分子抑制剂)2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈,溶于3ml的DMSO中得到浓度为0.1M的母液。6孔板中分别接种MCF-7乳腺癌细胞,细胞数量大约为10-15万,含10%FBS的DMEM培养24h后,加入2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈母液使终浓度分别为1.5、7.5、15、30、75μM,培养0.5、1、2、6、24、48h后,real-time PCR检测miR-21和其他miRNA表达,并行细胞周期及细胞凋亡检测。real-time PCR具体方法:使用RNA提取试剂盒提取细胞中总RNA,采用AMV逆转录酶进行逆转录。利用SYBR Green荧光染料掺入法进行Real-time PCR,以U6为内参,miR-21及U6引物合自上海吉玛公司。反应条件为95℃3min,95℃12s,62℃40s,读板,从第二步开始循环39次。绘溶解曲线,从69℃到96℃,每0.2s升高0.2℃。2-△△CT法分析数据。细胞周期:收集单细胞悬液,弃培养基,用冷PBS洗涤细胞两次;75%乙醇1ml重新悬浮细胞后,置于4°C冰箱中固定大于18h。4°C以1000rpm离心5min去除乙醇;PBS(0.01M,pH7.2)洗涤细胞,4°C以1000rpm离心5min两次;200μl Ranse A(1mg/ml)、37°C孵育30min;800μl PI染色液混匀后4°C避光染色30min。用流式细胞仪检测。细胞凋亡:离心收集悬浮细胞,弃培养基,用冷PBS洗涤细胞两次,用400ul1X Binding Buffer悬浮细胞,加入5ul Annexin V-FITC,轻轻混匀后于2-8°C避光条件下孵育15分钟,加入10ul PI后轻轻混匀于2-8°C避光条件下孵育5分钟。用流式细胞仪检测。
实施例3:miR-21小分子抑制剂抑制胃癌细胞
取42mg化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈,溶于3ml的DMSO中得到浓度为0.1M的母液。6孔板中分别接种SCG7901胃癌细胞,细胞数量大约为10-15万,含10%FBS的DMEM培养24h后,加入2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈母液使终浓度分别为1.5、7.5、15、30、75μM,培养0.5、1、2、6、24、48h后,real-time PCR检测miR-21和其他miRNA表达,并行细胞周期及细胞凋亡检测。real-time PCR具体方法:使用RNA提取试剂盒提取细胞中总RNA,采用AMV逆转录酶进行逆转录。利用SYBRGreen荧光染料掺入法进行Real-time PCR,以U6为内参,miR-21及U6引物合自上海吉玛公司。反应条件为95℃3min,95℃12s,62℃40s,读板,从第二步开始循环39次。绘溶解曲线,从69℃到96℃,每0.2s升高0.2℃。2-△△CT法分析数据。细胞周期:收集单细胞悬液,弃培养基,用冷PBS洗涤细胞两次;75%乙醇1ml重新悬浮细胞后,置于4°C冰箱中固定大于18h。4°C以1000rpm离心5min去除乙醇;PBS(0.01M,pH7.2)洗涤细胞,4°C以1000rpm离心5min两次;200μl Ranse A(1mg/ml)、37°C孵育30min;800μl PI染色液混匀后4°C避光染色30min。用流式细胞仪检测。细胞凋亡:离心收集悬浮细胞,弃培养基,用冷PBS洗涤细胞两次,用400ul1X Binding Buffer悬浮细胞,加入5ul Annexin V-FITC,轻轻混匀后于2-8°C避光条件下孵育15分钟,加入10ul PI后轻轻混匀于2-8°C避光条件下孵育5分钟。用流式细胞仪检测。
关于软件的简介:
MC-Fold/MC-Sym pipeline是一种常用的RNA二级及三级结构预测的软件。将RNA相关序列输入MC-Fold中可以得到RNA的二级机构,而进一步将此二级结构输入MC-Sym中则会产生对应的三级结构。Pre-miR-21的序列我们从miRBase database(http://microrna.sanger.ac.uk/sequences/)中获得,并从中选取了Pre-miR-21发卡部分的序列,输入MC-Fold/MC-Sym pipeline软件中得到了其3D机构。我们进一步对此3D结构利用TINKER Molecular Modeling Package(http://dasher.wustl.edu/tinker/)进行了能量优化,并使用pmol2q工具加氢,加电荷,输出mol2格式文件(http://www.sourcefiles.org/Scientific/Biology/Proteins/pmol2q_2.3.0.tar.gz),然后使用AutoDockTools(ADT)将文件转换为AutoDock4识别的文件类型*.pdbqt。配体小分子库我们使用NCIDiversitySet(http://dtp.nci.nih.gov/branches/dscb/diversity_explanation.html)。经过筛选,具有成药潜能的有约1990个化合物。AutoGrid4和AutoDock4(http://autodock.scripps.edu/)被用于生成栅格和执行分子对接。受体对接位点选在Dicer酶切位点附近。对接后Estimated Inhibition Constant在nM级别的小分子有48个。而其中的化合物2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈具有最强的结合能力(Ki=1.49nM,deltaG=-12.04kcal/mol).该分子与miR-21最佳对接位点。
Claims (5)
2.如权利要求1所述的抑制剂,其特征是2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈与miR-21接位结合能力Ki=1.49nM,deltaG=-12.04kcal/mol。
3.miR-21小分子抑制剂2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈抑制剂应用,下调miR-21小分子,抑制肿瘤细胞生长。
4.miR-21小分子抑制剂2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈应用于抑制肿瘤细胞的药物。
5.miR-21小分子抑制剂2,4-二氨基代-1,3-二氮杂己环-5-腈应用于胶质瘤U87、LN229细胞系、乳腺癌MCF-7细胞系或胃癌SGC7901细胞的药物。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109810071A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-05-28 | 中国科学院成都生物研究所 | 一种miRNA生物合成抑制剂 |
CN109810071B (zh) * | 2019-03-28 | 2023-04-21 | 中国科学院成都生物研究所 | 一种miRNA生物合成抑制剂 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103044338B (zh) | 2016-08-03 |
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