2022年10月12日，Nature Communications（IF:17.694）在线发表了我校中药学院孔令义教授/王凯波研究员团队最新研究成果：Structural Insight into the Bulge-containing KRAS Oncogene Promoter G-Quadruplex Bound to Berberine and Coptisine。特聘研究员王凯波和博士后刘玉霜为文章的共同第一作者，孔令义教授和王凯波研究员为本论文的共同通讯作者，中国药科大学为第一通讯单位。论文的主要合作者还包括杨鸣华教授、颜廷东教授、夏元铮副教授以及王莹莹、李意普、肖成梅、李金柱在读研究生等。
突变和过表达KRAS蛋白，引起癌细胞异常增殖、分化、迁移、存活和多药耐药性等问题，是抗癌药物研发的重要靶点和研究热点。但是，KRAS蛋白没有合适的小分子结合口袋，直接靶向该蛋白开发抗癌药物极具挑战性，KRAS蛋白一度被认为是“不可成药”蛋白，故研发其它KRAS通路靶向抑制剂尤为重要。研究发现，KRAS癌基因的启动子区域含有一段富含鸟嘌呤的DNA序列，在生理条件下，可以形成DNA G-四链体结构（KRAS-G4）。KRAS-G4对KRAS基因的表达具有调控作用，且可作为小分子化合物的作用靶点。但是，小分子化合物与KRAS-G4如何结合，一直未能得到解决，严重阻碍了针对KRAS-G4进行小分子药物设计和合成的研究。孔令义教授/王凯波研究员团队，从2020年开始，致力于寻找KRAS-G4的小分子抑制剂，并解析它们的复合物结构。经过两年的研究，2022年10月12日，该团队在Nature Communications上报道了KRAS-G4与天然产物小檗碱和黄连碱结合的复合物结构，该工作为研发以 KRAS-G4 为靶点的小分子药物提供了重要的理论依据和物质基础。
团队研究者广泛采用NMR、ECD、Fluorescence和EMSA等实验解析了更接近生理条件下的自由态KRAS-G4结构。进而以解析的KRAS-G4为模型，筛选发现天然产物小檗碱和黄连碱能够结合并稳定该KRAS-G4结构。进一步，研究者采集了各种2D NMR 图谱（包括NOESY、COSY、HSQC等），结合分子动力学模拟，解析了KRAS-G4与天然产物小檗碱和黄连碱结合的复合物NMR溶液结构。此外，研究者通过癌细胞增殖抑制活性测试和mRNA表达水平测试，证明了这两个生物碱化合物能够显著抑制KRAS mRNA的表达水平。该工作为以KRAS-G4新靶点小分子药物研究提供了重要的物质理论基础和新思路。
该研究工作获得国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金、江苏省双创人才项目、中国药科大学高层次引进人才启动基金等资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33761-4
KRAS-G4与天然产物小檗碱和黄连碱的相互作用和结构分析示意图
撰写人：张勇强、陈志远