失活/激活突变对迈吉宁/曲美替尼抑制MEK1作用的研究

　　由人类MAP激酶1 (MEK1)调控的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路的激活与许多癌症的发生和进展有关。此外，有报道称有两种活性突变(P124S和E203K)增强MEK1的活性，从而最终导致癌症的发生。迈吉宁/曲美替尼是一种MEK1抑制剂，用于治疗eml4 - alk阳性、egfr激活和kras突变型肺癌。因此，本研究通过分子对接和分子动力学(MD)模拟，探究非活性/活性突变(A52V/P124S和E203K)对MEK1构像变化的影响以及MEK1与曲美替尼相互作用的变化。此外，进一步利用定向分子动力学(SMD)模拟来比较trametinib从野生型(WT) MEK1和两个活性突变体(P124S和E203K)的解离过程。因此，与两个活性突变体(P124S和E203K)相比，迈吉宁/曲美替尼与非活性MEK1 (WT和A52V突变体)的相互作用更强。此外，两个活性突变体可能使MEK1的变构通道比非活性突变体(WT和A52V突变体)更宽更短。因此，与WT MEK1相比，曲美替尼更容易从活性突变体(P124S和E203K)中分离出来。综上所述，我们的理论结果表明，活性突变可能会减弱MEK抑制剂(曲美替尼)对MEK1的抑制作用，这可能是未来抗癌治疗的重要线索。

　　先前的研究表明，迈吉宁/曲美替尼是MEK1的非竞争性抑制剂。本研究通过对接研究对比曲美替尼与MEK1的ATP口袋和变构位点的结合模式和能量。因此，配体(曲美替尼)通过AutoDock 4.2进行了对接[28,29]。选择mek1 -曲美替尼配合物的最低构像进行进一步对接分析。此外，与MEK1变构位点结合的曲美替尼的能量评分(−5.43 kcal/mol)低于与ATP位点结合的曲美替尼的能量评分(−3.65 kcal/mol)，表明变构位点是与迈吉宁/曲美替尼结合的最佳位点(较低的能量评分表明复合物的稳定性)。随后，利用LIGPLOT分析曲美替尼与两个结合位点(ATP和变构位点)的相互作用，相互作用主要是由氢键和疏水接触介导的。Lys97 (3.00 Å)、Asp208 (2.60 Å)、Phe209 (2.63 Å)和Val211 (3.02 Å)与曲美替尼在变结构位点形成氢键，进一步促进曲美替尼的结合。此外，只有Ala76与曲美替尼在ATP结合位点形成氢键。与ATP位点相比，曲美替尼更容易与变构位点结合。在曲美替尼结合中，也可以考虑使用其他氢键。此外，Lys97、Asp208、Phe209、Phe209和Val211在曲美替尼与变构型位点的结合中发挥了重要作用。

　　在本研究中，我们在四种系统(由AutoDock 4.2生成的WT mek1 -曲美替尼、A52V mek1 -曲美替尼、E203K mek1 -曲美替尼和P124S mek1 -曲美替尼)下进行了500 ns MD模拟。随后对WT MEK1和三个突变体的复合物进行了基于动力学的结构稳定性分析。首先，计算蛋白质主链的原子位置均方根偏差(RMSD)来评估MD模拟的稳定性。

　　随后,探讨复合体的构象变化WT MEK1和三个突变体在模拟,二级结构内容分析。因此,α_helix激活部分内容(C207-S231)几乎消失在两个活跃的突变体(E203K和P124S)。与WT和A52V MEK1相比，活性突变体的催化环(H184-N195)中310_helix的含量也显著降低。由表1可知，活性形式(E203K和P124S)的α -螺旋和310_螺旋的概率明显低于非活性形式(WT和A52V)。螺旋消失导致E203K和P124S MEK1的双关键域(激活段和催化环)结构紊乱，可能影响曲美替尼的结合能力，从而调节底物(ATP)与ATP口袋的结合。

　　为了进一步探索两个螺旋消失对迈吉宁/曲美替尼结合的非活性和活性形式的影响，我们进行了基于结构的网络分析，以描述WT MEK1/突变体与曲美替尼之间稳定的相互作用群落。因此，网络分析表明，曲美替尼可以通过变构位点的残基与MEK1相互作用。与非活性MEK1相比，活性突变中与曲美替尼相关的变构位点的残基数量迅速减少。网络分析进一步说明，活性突变体破坏了MEK1与曲美替尼之间的相互作用，导致曲美替尼对MEK1的抑制作用减弱。

　　在我们的研究中，进一步进行SMD模拟，诱导迈吉宁/曲美替尼从活性类型(P124S和E203K突变体)和非活性类型(WT和A52V突变体)解离。每个SMD模拟都是重复进行的。在SMD模拟的初始阶段，通过激活和非激活MEK1施加在曲美替尼上的拉力呈线性增加，在7ns左右达到峰值。最终，在7纳秒后力降至零，说明曲美替尼完全脱离MEK1。有趣的是，除了相同的点外，WT和A52V突变体(约5123 pN和5047 pN)的峰值拉力值大于P124S和E203K突变体(约4043 pN和2192 pN)。以上结果表明，曲美替尼与非活性MEK1的解离要比与活性MEK1的解离容易得多，这与上述通道分析一致。换句话说，变构通道入口较大可能是曲美替尼易解结合的原因，从而抑制作用降低。

　　MEK占据RAS、RAF和ERK蛋白的关键下游信号节点。因此，MEK长期以来一直是药物发现的目标。然而，迈吉宁/曲美替尼与WT和突变体MEK1的结合模式以及曲美替尼与它们的解离目前尚不清楚。因此，本研究通过分子对接、MD模拟和SMD模拟，研究WT MEK1和3个突变体(A52V、P124S和E203K)的构像变化，以及曲美替尼与WT MEK1和突变体的解离。根据MD研究结果，我们认为大的运动集中在E203K和P124S MEK1的激活段，活性型变构通道入口曲率大于非活性型。所有这些结果应该是MEK1和曲美替尼相互作用减少的原因。此外，SMD研究揭示了迈吉宁/曲美替尼与非活性MEK1的解离要比与活性MEK1的解离容易得多，这与MD研究的结论一致。总之，我们的研究为设计新型MEK抑制剂与RAS-RAF-MEK-ERK信号通路相关的抗癌治疗提供了合理的线索。微信扫描下方二维码了解更多：