基因进行表达时的表观遗传调控过程是动态可逆的，此过程建立了正常的细胞表型，但同时与人类的疾病相关。表观遗传调控过程中染色质翻译后修饰的一个至关重要的途径是组蛋白赖氨酸残基的乙酰化。对乙酰化了的赖氨酸残基的识别是表观遗传的一个关键步骤，此过程是由被称作bromodomain(BRD)的蛋白来完成的[1]。
BRD是一进化上高度保守的含有约110个氨基酸的蛋白质功能结构域,可特异性识别组蛋白末端乙酰化的赖氨酸位点,通过染色质的组装和乙酰化参与信号依赖性的、非基础性的基因转录调控;BRD亦可通过对转录因子等非组蛋白的乙酰化修饰而广泛参与细胞的周期调控、分化和信号转导等过程，BRD蛋白的改变通过组蛋白乙酰化的调控参与了白血病等恶性肿瘤的发生,其与肿瘤关系的研究将为肿瘤治疗提供新的研究方向和研究策略。
肿瘤是一种严重威胁人类生命健康的常见病和多发性疾病，它的形成是由于各种致癌因素长期作用引起的机体某部位组织细胞过度增生和异常分化，其生长相对不受控制，与机体不协调，即使病因消除，仍会继续生长。肿瘤细胞由于遗传特性发生改变使它有和正常细胞不同的生物学特性，并可继续传给子代细胞，不需要病因也可继续作用。目前肿瘤的治疗方法包括手术治疗，放射治疗、化学治疗和生物治疗，临床上主要以化学治疗为主。尽管随着医学科技的发展，各种治疗方法和手段都有了很大的进步，但肿瘤的治疗仍然是世界难题。在对肿瘤的研究过程中，对肿瘤特性的研究和分子生物学、细胞生物学的研究进展，为抗肿瘤药物的研究提供了新的思路和新的作用靶点，如拓扑异构酶、金属基质蛋白酶、芳构酶以及肿瘤信号转导通路中的各种激酶，如细胞周期依赖蛋白激酶、酪氨酸激酶、C-Met激酶等。从而涌现出一批具有新颖化学结构或独特作用机制的药物[2-3]。特别是近20年来，由于计算机辅助技术、现代合成技术、生物技术的应用，使得药物设计更加合理化，药物设计已深入到分子水平。
真核细胞通过两类酶来克服高级结构对转录过程的抑制作用: 一类是ATP 依赖性的染色质组装酶类( chromatine remodellingenzyme) , 其依赖ATP 水解产生的能量破坏DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质之间的相互作用, 促进核小体沿DNA 模板的相对移动, 提供转录调控蛋白与启动子结合的窗口; 另一类是组蛋白乙酰转移酶( histone acetyltransferase,HAT) , 其通过对核心组蛋白N 末端的赖氨酸位点进行乙酰化修饰,中和赖氨酸位点的正电荷, 改变核小体的构象, 利于转录相关的蛋白质与DNA 模板的结合。转录调控正是在这两类分子的协同作用下实现的。BRD可通过这两类分子参与基因转录调控并介导其协调进行。BRD结构域可能在蛋白质功能的某些方面起重要作用。 其疏水穴可能为蛋白质间相互作用提供场所,从而影响蛋白质复合体的装配或功能, 如转录活性或其他细胞过程[4]。
组蛋白末端是一信号转导平台, 细胞外的信号可通过信号转导通路引起组蛋白末端的翻译后修饰,包括乙酰化、磷酸化、泛素化、甲化、ADP-核糖基化等, 这些翻译后修饰经整合后组成染色质信号,并传递给下游分子, 引起相应的生化效应。组蛋白末端的乙酰化状态在组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC) 的作用下保持动态平衡,并与染色质的转录活性状态密切相关。乙酰化的染色质与转录激活相关,而去乙酰化的染色质与转录抑制相关。组蛋白的乙酰化是通过核内的乙酰转移酶实现的。几乎所有的核组蛋白乙酰转移酶均含有BRD功能域,BRD介导组蛋白乙酰转移酶与组蛋白末端乙酰化的赖氨酸位点的特异性结合, 并且可传递乙酰化信号, 引起邻近的组蛋白末端或核小体的乙酰化, 从而促进乙酰化过程沿染色质的传播[5-6]。乙酰化后的染色质通过核小体构象的改变,募集转录相关蛋白与DNA 模板上启动子结合, 促进基因转录。根据组蛋白乙酰转移酶与转录调控元件的不同关系, 其对转录调控的特异性亦不同。有些组蛋白乙酰转移酶本身即是转录调控因子或可直接对转录调控因子进行乙酰化,可促进整个基因组的基因转录; 有的组蛋白乙酰转移酶可与DNA 特异性的转录激活因子相互作用, 通过改变局部核小体的构象而促进特异性基因的转录。对BRD和HAT 活性关系的研究表明, BRD并不影响组蛋白乙酰转移酶本身的活性, 而是影响其对底物的识别。BRD缺失型的P300突变体对核小体组蛋白的乙酰化能力减弱, 而不影响其对自由的组蛋白的乙酰化能力 。组蛋白乙酰转移酶除通过对组蛋白的乙酰化而参与基因转录调控外,还可通过对转录因子进行直接乙酰化, 调控其转录活性和P或DNA 结合能力, 从而参与特异性基因的转录调控,如CBPPP300对P53的乙酰化可增强其特异性DNA[7]。
研究证明BRD结构域是一种乙酰赖氨酸结合域, 能特异地与乙酰赖氨酸肽相互作用, 通过限制特定位点HATs 活性, 调节组蛋白乙酰化,进而参与染色质的形态结构变化和转录调控, 其主要功能是介导蛋白质- 蛋白质间的相互作用。各种BRD结构域蛋白的功能各异, 多数与基因的转录调控有关, 其中有的是转录因子, 有的是转录共激活剂, 有的为染色质成分, 有的具有酶活性. 它们相互协同作用, 调控着基因的有序表。包含BRDS的蛋白质已经牵涉到的大量的各种疾病治疗的研究发展。最近，有两个BET蛋白潜在和有效和选择性抑制剂（ bromodomains和额外的终端）的家庭提供令人信服的数据，支持这些BET蛋白在鳞状细胞癌中作为细胞靶标作用。这很可能使BRDS和HATs、HDACs一样被当做广大的由赖氨酸残基的乙酰化异常所致的疾病药物开发潜在的目标。
BRD由alpha;Z,alpha;A,alpha;B,alpha;C四个螺旋结构组成，连接alpha;Z和alpha;A的ZA loop结构和连接alpha;B和alpha;C的BC loop结构构成了乙酰化赖氨酸识别位点。在乙酰结合的三个热点区AcK区、WPF区、ZA通道均存在对抑制剂结合有贡献的氨基酸，并且在三个热点区及其交界区存在疏水作用区。综合文献可知，WPF区主要以单个芳香环结合最为有利，而其他两个区域则可容纳多种类型的分子片段。因此，我们从中提取了第一批覆盖大多数抑制剂结合模式的药效团特征。然后，采用排列组合法构建至少包含一个热点区结合特征的药效团模型，并对自建的分子片段库进行了筛选，得到一系列的分子片段。
基于对现有抑制剂构效关系的分析，基于已筛选得到的分子碎片，我们提出了三种分子设计思路，在毕业设计中通过结构修饰合成3个BRD小分子抑制剂。
参考文献：
[1] Jenuwein, T. and Allis, C.D. (2001)Translating the histone code. Science
