分享一篇发表在Nature Communications上的文章，题目为“Targeting a key protein-protein interaction surface on mitogen-activated protein kinases by a precision-guided warhead scaffold”。文章的通讯作者为匈牙利自然科学研究中心的Attila Reményi和Tibor Soós教授，前者的主要研究方向为蛋白互作的分子基础，后者则为有机合成。
丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）是一组进化保守的丝氨酸-苏氨酸激酶，包括ERK、p38、JNK等亚家族，它们通过介导MAPK信号通路而在肿瘤病理中扮演重要的作用。目前，大多数成熟的激酶抑制剂都与激酶的ATP结合位点竞争，需要较强的亲和力和较低的浓度来实现抑制。因此，作者将目光转向在MAPKs的PPI界面处阻断其信号转导。然而，阻断MAPKs较浅的PPI表面是有挑战性的，尤其考虑到结合的正焓贡献将被负熵成本所抵消，因此，作者设想通过共价结合来克服这一问题。MAPKs家族成员具有相似的浅PPI表面，称为D沟（D-groove），该PPI表面具有一个负电荷区域（CD）和三个小的疏水口袋，且在疏水口袋间有一个保守的半胱氨酸残基（如ERK2 Cys161、p38α Cys162 和 JNK1 Cys163）。首先，作者通过在天然和合成的ERK2互作多肽上引入丙烯酰胺弹头，证实了该ERK2的Cys 161具有合适的Michael加成活性，并解析了共价复合物结构。但这些基于丙烯酰胺弹头的共价肽反应动力学较慢而半衰期较短。随后，作者尝试开发一种精准设计的弹头来靶向该PPI界面。前述复合物结构显示Cys 161被φL和φA包围，天然多肽通过疏水残基结合并填充这些小的疏水口袋。基于此，作者在构建化合物库时也采取了类似的多疏水取代基结构。在共价反应性方面，作者设计的化合物骨架受到了活性天然产物（如萜类化合物）的启发，含有Michael受体及α,β-不饱和酮结构。另外，作者特别地引入了“受阻”环己烯酮结构，预期反应中心处的空间拥挤或将提高弹头对亲核试剂的选择性。综合以上考虑，作者合成了7组、76个化合物，并通过竞争性荧光偏振实验测试了它们与MAPKs的结合能力。先导化合物1对ERK2显示出了~7 μM的Kiapp，尤其值得注意的是，多项生物物理分析显示受阻结构的引入使得其对小分子硫醇化合物（如GSH和BME）具有良好的耐受性。受此激励，作者在受阻环己烯酮骨架上进行了取代基的构-效关系研究，并筛选出了优化的化合物8S和8R。以8R为代表性化合物，作者进一步证明了其对ERK2 Cys 161的优异选择性，且充分表征了配体-蛋白的结合动力学和热力学。此外，作者还解析了多种命中化合物与ERK2复合物的结构，结果显示化合物通过疏水取代基和环己酮核心结构充分地占据了PPI界面上的φL、φA和φB口袋。进一步地，作者尝试将这种量身定制的弹头安装到多肽上。如前所述，MAPKs的PPI界面上除了三个疏水口袋外，还有一处带负电荷的CD区域可被利用。作者选取了MNK1及其结合多肽作为模型互作对，使用带有炔基官能团化的弹头28S与N-端带有叠氮把手的多肽进行生物正交连接。生物物理测试表明，弹头28S的引入极大地提高了多肽的表观亲和力，并降低了解离的Koff。最后，作者也在细胞内证实了28S及其偶联物对MAPK信号通路的有效阻断。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52574-1原文引用：DOI: 10.1038/s41467-024-52574-1
