【佳学基因检测】玻玛西林(Abemaciclib)是如何选择为转移性乳腺癌的靶向治疗药物的？

同源域相互作用蛋白激酶 (HIPK) 是进化上保守的激酶家族，包括脊椎动物中的 HIPK1、HIPK2 和 HIPK3 成员，以及哺乳动物中的 HIPK4。 HIPKs 属于丝氨酸/苏氨酸激酶的 CMGC 组，是双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶 (DYRK) 家族的一部分。 佳学基因解码对于在从酵母到人类的生物体中的DYRK家族已进行了分析，并将其分为五个亚家族，I 类 DYRK、II 类 DYRK、YAK、HIPK 和 PRP4s1。

DYRK 以其特有的双重特异性命名，因为它们自动磷酸化激活环中的一个保守的酪氨酸，将丝氨酸和苏氨酸残基做为磷酸化底物。对于来自 D. melanogaster 的 II 类 DYRK 直系同源物，已证明关键酪氨酸在核糖体成熟期间处于过渡中间状态的新生激酶顺式自磷酸化。后来通过生化和结构分析证实了所有 DYRK 亚类成员的关键酪氨酸磷酸化。此外，对于所有四个 HIPK 成员，已在体内证实了保守酪氨酸的磷酸化。

根据 HIPK 与其他 DYRK 亚家族成员之间的密切关系，DYRK1A 是 I 类 DYRK 成员，在催化域内与 HIPK3 具有 38% 的序列同一性。在 HIPK 家族中，HIPK1 和 HIPK2 是最密切相关的成员，在它们的激酶结构域中有约 93% 的序列同一性，而 HIPK3 的保守性略低，为 87%。该家族中最不同的成员是 HIPK4，它与其他三个 HIPK 的催化结构域仅具有 50% 的序列同一性。更小、更独特的 HIPK4仅包含激酶结构域和潜在的非结构化区域，但 HIPK1-3 共享一个复杂的结构域结构，由多个参与蛋白质-蛋白质相互作用的结构域组成。位于 HIPK1-3 的 N 端的是高度保守的激酶结构域，随后是名字为同源蛋白相互作用域 (HID)，它介导与同源域转录因子的相互作用。在 HID 结构域的 C 端是富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸 (PEST) 的结构域，介导这些激酶的蛋白酶体降解。在 HIPK2 中，对 HIPK2 定位到核斑点至关重要的斑点保留信号 (846-941) 与 PEST 域重叠。此外，在 HIPK2 C 末端存在一个自身抑制结构域 (AID) (935-1050)，这是因为如果去除这一区域，会增加磷酸化活性。最后，HIPK1-3 的 C 末端包含一个富含丝氨酸、谷氨酰胺和丙氨酸 (SQA) 残基的区域，其参与与不同辅因子的相互作用。

由于激活环的自磷酸化，DYRKs 和 HIPKs 以组成型、至少部分活性状态存在，这使得它们在细胞中的定向功能的进一步调节机制必不可少。事实上，HIPK 受到广泛的翻译后修饰 (PTM)，例如磷酸化、乙酰化、泛素化和 SUMO 化，以及半胱天冬酶切割。这些 PTM 被认为会改变蛋白质的稳定性和亚细胞定位，从而最终控制激酶活性。在基础条件下，HIPK1 和 HIPK4 主要位于细胞质中，而 HIPK3 存在于细胞核中，HIPK2 经历动态核质穿梭。近年来，随着 circRNA 在控制 HIPKs 基因表达中发挥重要作用，miRNAs 对 HIPKs 蛋白水平的调节作用越来越受到关注。

几项研究表明，HIPKs 磷酸化了多种不同信号通路中的多种转录调节剂和染色质调节因子。因此，HIPKs 的主要功能似乎在于它们促进或抑制基因表达的能力。重要的是，HIPK 从未被确定为定向下游通路的关键成分，因为它以丝裂原活化蛋白激酶而闻名。相反，HIPK 被认为是“微调器”，将多个传入信号集成到下游效应器通路中。因此，HIPK 与癌症、慢性纤维化和某些神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和亨廷顿病）的病理学有关。因此，HIPKs的特异性抑制可能对多种疾病具有治疗价值。

在《玻玛西林(Abemaciclib)为什么可以做为乳腺癌的靶向治疗药物？》这项研究中，乳腺癌靶向药物基因要wimj将所有四种 HIPK 的激酶结构域作为重组蛋白从大肠杆菌和 Sf9 细胞中纯化，检验了它们的催化活性，并以 2.5 Å 的分辨率确定了 HIPK3 激酶结构域的晶体结构。使用重组蛋白，乳腺癌靶向药物基因检测研究团队显示 HIPK 磷酸化转录机制的一般成分，例如 c-Myc、SPT5 和 RNA pol II C 末端结构域 (CTD)。基于对潜在选择性 HIPK 抑制剂的数据库筛选，筛选出 15 种 ATP 竞争性小分子化合物并测试其抑制 HIPK3 的能力，从而鉴定出 abemaciclib，该药物被 FDA 批准用于治疗转移性乳腺癌 ，作为 HIPK2、HIPK3 和 DYRK1A 的有效抑制剂。 值得注意的是，IC50 值和解离常数揭示了 DYRK1A 在与 Cdk4/CycD3 和 Cdk6/CycD3 相同的分子范围内的抑制作用。 最后，肿瘤靶向药物基因检测确定了以 2.8 和 1.8 Å 分辨率与 abemaciclib 结合的 HIPK3 和 DYRK1A 的晶体结构，从而实现了选择性 HIPKs 抑制剂的结构引导优化。 肿瘤靶向药物基因检测的研究结果将 HIPKs 确立为直接转转录调节激酶，可能是已经成为药物的 abemaciclib 靶点。