生物通報道  在藥物設計領域，K-Ras蛋白是一個傳奇。作為人類癌癥中最常見的突變癌基因，30多年來它一直位列在所有研究人員的“靶點”清單上。盡管如此的高調，由于許多的制藥、生物技術公司和高校實驗室都未能設計出一種能夠成功靶向這一突變基因的藥物，在科學界里K-Ras被視作是“無藥可及”的靶點。
 
現在，來自加州大學舊金山分校霍華德休斯醫學研究所（HHMI）的研究人員，鑒別并利用了K-Ras一個新發現的“阿喀琉斯之踵”（Achilles heel）。這一薄弱點就是HHMI研究人員Kevan M. Shokat和同事們在K-Ras上新發現的一個 “口袋”（結合位點）。Shokat和他的研究小組設計出了一種化合物，證實它可以進入到這一口袋里，抑制突變K-Ras的正常活性，但不會影響正常的蛋白。

Shokat 說：“人們將K-Ras視作是癌癥中最重要的癌基因，并廣泛認為它‘無藥可及’。我們報告稱發現了K-Ras上一個藥物可及的新口袋。我們相信這對于患者將具有真正的轉化意義。”

在發表于11月20日《自然》（Nature）雜志上的一篇研究論文中，Shokat研究小組描述了一種新型的化合物，其能夠進入到K-Ras上一個從前未知的口袋中，干擾該酶的功能。Ras蛋白是一種在細胞內負責傳送信號的小GTPase。由于它們在細胞生長和存活中發揮核心作用，對于細胞至關重要。

Ras這一名稱也用于指代編碼這些蛋白質的基因家族。其中的一個基因K-Ras大約30年前被發現，在30%的人類腫瘤，包括90%的胰腺癌、40%的結腸癌和20%的非小細胞肺癌中存在突變。攜帶Ras突變的癌癥具有侵襲性，對標準治療反應不佳。

盡管靶向突變Ras基因的研究工作一直遭受挫折，美國國家癌癥研究所（NCI）近日強調將繼續重視這一難對付的藥物靶點，并宣布了一項1000萬美元的RAS計劃。這項計劃將匯集研究人員共同開發阻斷Ras的新思路，以激勵研發出新藥或新療法讓癌癥患者受益。

Shokat的HHMI研究小組在大約6年前開始啟動對Ras的研究工作。利用他們的化學專業知識，Shokat和兩個研究小組成員：博士后研究人員Ulf Peters以及博士生Jonathan Ostrem擬定了一些早期的想法：研發一類新的Ras突變體抑制藥物。“其中一些早期的策略行不通，”他說。

“我們不得不開發出一種新的篩選方法，其最終推動研發出了這一新抑制劑。”Shokat說當確定了他們的攻擊范圍時他們做了一些不一樣的事情。他們將焦點縮小，專注于其他科學家們沒有采用的策略。他們還選擇了研究一種叫做G12C的K-Ras突變體，這種K-Ras突變體廣泛存在于大約7%的肺癌患者中。

這一突變使得K-Ras蛋白中第12位的甘氨酸被半胱氨酸所替代。重要的是，這一半胱氨酸處在對Ras正常功能至關重要的一個位置。偏離從前的研究工作，Shokat和同事們沒有試圖靶向天冬氨酸和纈氨酸突變的Ras版本——這些突變相對常見，因此過去許多的科學家們都將焦點放在這些突變上。反之，他們挑選出了G12C突變體，因為這些Ras突變體影響了大批的肺癌和結直腸癌患者。

Shokat說，這一半胱氨酸所賦予的一些化學特性，為他的研究小組提供了一個獨特的藥物設計把柄。在20種天然氨基酸中半胱氨酸具有一種獨特的能力：可以形成共價鍵。通常兩個半胱氨酸之間形成共價鍵起穩定蛋白質結構的作用，但如果存在游離半胱氨酸，就如同G12C K-Ras，一種特別設計的藥物就可以與這一半胱氨酸形成共價鍵。

Shokat說：“其他人一直認為他們必須去追逐所有的Ras突變體。我們尋找的是別人沒有做過的，我們挑選出這一特殊突變是因為它的一些化學特性。”

在三年的時間里，該研究小組對500多個化合物進行了初步篩查，看看他們能否鑒別出一個可以與K-Ras G12C共價結合和“連接”的化合物。他們的研究導致鑒別出了一種有效的K-Ras抑制劑。為了獲得這一化合物與K-Ras互作機制的更好圖像，科學家們解析了這一化合物與K-Ras結合的晶體結構。

當他們檢測數據時，Shokat和研究小組發現在靠近這一半胱氨酸殘基的K-Ras蛋白表面上有一個之前從未描述過的口袋。Shokat說：“這個口袋是新發現的，此前從未有人找到它。”

通過進一步的調查，他們發現化合物是通過改變Ras與底物GTP的自然親和力從而對其形成干擾的。“其中最重要的一個方面就是這一小分子只抑制突變K-Ras，而不影響正常蛋白，”Shokat說。

接下來的工作包括：繼續優化這一化合物，進一步測試了解這一化合物在多大程度上能夠殺死具有G12C突變的細胞。Shokat說他和同事們成立了一家叫做Araxes Pharma, LLC的公司，與強生的下屬部門Janssen Biotech建立了合作關系，以開發出有潛力應用于臨床的化合物。

（生物通：瑄瑄）

生物通推薦原文摘要：

K-Ras(G12C) inhibitors allosterically control GTP affinity and effector interactions

Somatic mutations in the small GTPase K-Ras are the most common activating lesions found in human cancer, and are generally associated with poor response to standard therapies1, 2, 3. Efforts to target this oncogene directly have faced difficulties owing to its picomolar affinity for GTP/GDP4 and the absence of known allosteric regulatory sites. Oncogenic mutations result in functional activation of Ras family proteins by impairing GTP hydrolysis5, 6. With diminished regulation by GTPase activity, the nucleotide state of Ras becomes more dependent on relative nucleotide affinity and concentration. This gives GTP an advantage over GDP7 and increases the proportion of active GTP-bound Ras. Here we report the development of small molecules that irreversibly bind to a common oncogenic mutant, K-Ras(G12C). These compounds rely on the mutant cysteine for binding and therefore do not affect the wild-type protein. Crystallographic studies reveal the formation of a new pocket that is not apparent in previous structures of Ras, beneath the effector binding switch-II region. Binding of these inhibitors to K-Ras(G12C) disrupts both switch-I and switch-II, subverting the native nucleotide preference to favour GDP over GTP and impairing binding to Raf. Our data provide structure-based validation of a new allosteric regulatory site on Ras that is targetable in a mutant-specific manner.