DNA损伤修复筛选化合物库

科学依据

DNA损伤应答（DDR）是一个高度保守的细胞网络，通过检测DNA损伤、激活细胞周期检查点并协调DNA修复机制来维护基因组稳定性。DDR通路功能失调是多种癌症的标志，从而产生可通过靶向抑制加以利用的治疗脆弱性。

关键DDR蛋白包括传感器（PARP1和MRN复合物）、转导激酶（ATM、ATR和DNA-PK）以及下游转导子和效应子（CHK1/CHK2、WEE1、BRCA1/2和RAD51），构成了一个复杂但高度可成药的靶向癌症治疗格局。PARP抑制剂的临床成功验证了DDR调控作为一种强大策略的有效性，尤其是在携带BRCA1/2突变或同源重组缺陷（HRD）的肿瘤中。

当前研究既涉及单药治疗也涉及联合用药方案，并越来越关注生物标志物驱动的患者选择、亚型选择性以及克服耐药机制（如同源重组功能恢复）。

靶向DDR蛋白的治疗策略包括：

• 合成致死（例如，在HR缺陷型肿瘤中进行PARP抑制）
• 检查点抑制（ATR、CHK1、WEE1抑制剂诱导有丝分裂灾难）
• DNA修复增敏（DNA-PK抑制剂增强放疗和化疗敏感性）

DNA损伤修复聚焦筛选集（59,600种化合物）

这一广泛的通路导向型DDR聚焦筛选集涵盖了预测对多种DDR相关蛋白具有活性的小分子。它使研究者能够探索已确立和新兴的DDR靶点，以识别针对同源重组（HR）、非同源末端连接（NHEJ）、复制应激反应和细胞周期检查点调控的新型调节剂。它是表型筛选、通路调控研究以及发现首创抑制剂的理想起点。

为制备此DDR聚焦筛选库，我们首先汇编了一个DDR相关蛋白的参考数据库。从ChEMBL数据库中提取了175个DDR相关蛋白的生物活性数据，并去除了无活性、低置信度和重复的化合物。随后，针对专有的高通量筛选（HTS）化合物库进行了基于ECFP的二维相似性搜索（Tanimoto ≥ 0.8）。同时过滤掉了PAINS、结构缺陷和低多样性化学类型。最终的筛选集包含超过59,600种化学多样、类药且预测与DDR通路高度相关的化合物。

DNA损伤修复靶向筛选集（14,800种化合物）

为制备此靶点特异性DNA损伤修复筛选化合物库，我们对DDR调控中极具前景的治疗靶点进行了虚拟筛选，这些靶点在肿瘤学管线中正被积极研究，用于合成致死、复制应激利用和耐药克服策略。这种基于结构的设计提供了超过14,800种结构多样的筛选分子，预测其对以下DDR相关靶点具有结合亲和力并保持相互作用特征：

• RAD51
• DNA聚合酶θ（POLQ）
• WRN解旋酶
• USP1

首先，对来自蛋白质数据银行（PDB）的晶体结构进行了仔细准备，包括优化质子化状态、添加缺失残基或侧链、去除晶体学伪影以及验证相应活性位点或结合位点的完整性。使用已知活性参考化合物对对接流程进行了基准测试，以确保预测可靠性，随后在多样化的化学空间中进行大规模高通量虚拟筛选。生成了相互作用指纹以保留关键结合相互作用。

通过额外精度对接对命中化合物进行了精炼。内部药物化学过滤排除了PAINS、测定干扰性结构和高度相似的化学类型。由此产生的靶向筛选集包含了化学多样、类药且具有预测结合潜力及较低测定干扰风险的化合物。

RAD51

RAD51是一种对同源重组（HR）至关重要的重组酶，在双链断裂修复过程中促进同源搜索和链入侵。它能在单链DNA上形成核蛋白丝，实现高保真修复。然而，许多癌细胞高度依赖RAD51的过表达来耐受复制应激和基因组不稳定。靶向RAD51可抑制HR能力，在替代修复途径缺陷（如BRCA1/2突变）的肿瘤中诱导合成致死，并使癌症对DNA损伤性治疗（如铂类药物和PARP抑制剂）增敏。

关键参数：

• 方法：SP（标准精度）配体-受体对接
• 使用的X射线数据：7EJC
• 重对接参考化合物的MSD：0.274
• 重对接参考化合物的结合亲和力：-4.93/-43.24
  （对接得分/MMGBSA，kcal/mol）
• 筛选出的化合物数量：3339

DNA聚合酶θ（POLQ）

DNA聚合酶θ（POLQ）是一种专门的低保真度聚合酶，对θ介导的末端连接（TMEJ）至关重要，这是一种易错的备份途径，用于修复DNA双链断裂。同源重组（HR）缺陷的肿瘤（如BRCA突变型）变得高度依赖POLQ介导的修复来维持生存。靶向POLQ通过合成致死作用选择性地杀死这些HR缺陷型癌细胞，同时不伤害正常细胞。此外，POLQ抑制不仅会诱导毒性DNA损伤，还能增强PARP抑制剂的疗效，使其成为DNA损伤应答领域一个有前景的治疗靶点。

关键参数：

• 方法：SP（标准精度）配体-受体对接
• 使用的X射线数据：9BP9
• 重对接参考化合物的RMSD：0.448
• 重对接参考化合物的结合亲和力：-8.2/-31.97（对接得分/MMGBSA，kcal/mol）
• 筛选出的化合物数量：4074

WRN（沃纳综合征解旋酶）

WRN（沃纳综合征解旋酶）是一种具有核酸外切酶活性的RecQ解旋酶，参与DNA复制、修复和端粒维持。它在解决复制应激和维持微卫星高度不稳定（MSI-H）癌症的基因组稳定性方面发挥着特别重要的作用。WRN功能缺失会导致MSI-H细胞发生灾难性的基因组不稳定，这是一种可用于治疗的脆弱性[6]。因此，WRN抑制代表了一种具有情境特异性的DDR靶点，能够在错配修复缺陷的肿瘤中实现选择性致死，同时不伤害正常组织。

关键参数：

• 方法：SP（标准精度）配体-受体对接
• 使用的X射线数据：8PFO
• 重对接参考化合物的RMSD：1.97
• 重对接参考化合物的结合亲和力：-19.03/-64.92（对接得分/MMGBSA，kcal/mol）
• 筛选出的化合物数量：4780

USP1（泛素特异性蛋白酶1）

USP1（泛素特异性蛋白酶1）是一种去泛素化酶，通过去除FANCD2和PCNA上的泛素来调控范可尼贫血通路和跨损伤合成。通过这种调控，USP1控制链间交联的修复和复制阻断损伤的耐受。许多癌症利用USP1在应激条件下维持复制叉的稳定性。抑制USP1会破坏DNA修复复合物的稳定性，导致持续性DNA损伤，并增强对化疗和PARP抑制的敏感性。USP1作为去泛素化酶具有良好的成药性，使其成为破坏肿瘤特异性DNA修复依赖性的有前景的DDR靶点。

关键参数：

• 方法：SP（标准精度）配体-受体对接
• 使用的X射线数据：9FCJ
• 重对接参考化合物的RMSD：0.259
• 重对接参考化合物的结合亲和力：-13.12/-98.07（对接得分/MMGBSA，kcal/mol）
• 筛选出的化合物数量：2634