将催化性近位蛋白寡聚化作为靶向WDR5的抗肿瘤策略

把蛋白质聚集变成抗癌工具

许多疾病，尤其是脑部疾病，与以有害方式聚集的蛋白质有关。但如果不是总把蛋白聚集视为危险，而是通过精心引导的聚集将其转化为对抗癌症的武器呢？本研究探索了这一可能性：通过以受控方式促使一个与癌症相关的蛋白WDR5发生聚集，从而关闭其促肿瘤活性。

为何这种支架蛋白对肿瘤至关重要

WDR5是一种分子“连接器”，有助于在DNA上组装大型蛋白团队以启动基因表达。在许多癌症中，WDR5帮助招募如Myc家族和MLL1复合体等强效驱动因子到促进不受控生长的基因处。由于WDR5与众多伙伴发生接触，用常规药物阻断它很棘手：必须在不破坏正常细胞功能的前提下干扰其作用。作者们设想是否存在另一种方式——与其仅阻断一个对接位点，不如诱导WDR5分子相互粘连，形成团块，从而把它从促癌任务中拉走？

使用微小孔道作为单分子探测器

为寻找能使WDR5聚集的化合物，研究团队采用了纳米孔——仅几个纳米宽的石英微孔。当蛋白在电场作用下穿过此类孔时，会短暂改变离子流量，产生特征性的电流尖峰。比单个蛋白更大的蛋白组装体会引起更大、更持久的尖峰。通过先测定单个WDR5分子的信号特征，然后加入候选化合物混合物，研究者可以在不加任何荧光标签或标记的情况下，发现WDR5何时以更大的团块穿过孔。仅用三轮筛选他们就检测了436种自制分子，并鉴定出一个显著的化合物，命名为WZ-1，它明显增加了通过孔的WDR5的表观尺寸。

聪明的小分子如何利用化学开关

后续生化测试显示，WZ-1使WDR5形成二聚体和更高阶的聚集体，这一行为依赖于特定氨基酸半胱氨酸之间的硫—硫（二硫键）连接。当研究者加入常见的还原剂——能断开二硫键的化学物质时，WDR5聚集体消失。通过系统性地替换WDR5的每个半胱氨酸，他们锁定了Cys248为WZ-1驱动组装的关键位点。结构建模和冷冻电镜表明，WZ-1首先插入到WDR5的已知口袋中，使其内部的二硫键靠近Cys248。这允许硫—硫连接快速交换，暂时将WZ-1系在WDR5上，然后把键从一个蛋白转移到另一个蛋白，从而将多个WDR5分子拉到一起。因为WZ-1可以在这种交换过程中被释放并重复使用，作者将该过程描述为“催化性近位蛋白寡聚化”（catalytic proximal protein oligomerization，简称CaPPO）——一种反复播种新聚集体的化学推动力。

在细胞内关闭癌症信号

团队接着测试了WZ-1在活细胞中的作用。在几种结肠癌细胞系中，低微摩尔浓度的WZ-1减缓了细胞生长，而对非癌性结肠细胞的影响则弱得多。在过表达WDR5的工程细胞中，WZ-1处理导致可见的WDR5二聚体，证实聚集也发生在细胞内。基因表达分析显示WZ-1抑制了控制细胞周期进程的通路并降低了Myc依赖基因的活性——这些模式与经典的WDR5口袋抑制剂相似但更广泛。生化下拉实验显示，WZ-1诱导的WDR5组装体失去了与MLL1复合体和Myc的结合能力，有效地切断了WDR5与两个核心促生长回路的连接。

对未来癌症药物的意义

总体而言，该研究引入了CaPPO作为一种新颖的设计策略：与其仅抑制单一结合位点，像WZ-1这样的分子可以催化性地促使疾病相关蛋白形成明确定义的聚集体，从而一次性禁用多种功能。该研究还展示了纳米孔检测作为一种快速、低样本量的体外筛选方法，用于发现此类诱导蛋白聚集的分子。尽管WZ-1自身仍面临挑战——尤其是二硫键对细胞化学环境的敏感性以及在其他位置发生非期望聚集的风险——这一概念为一类新型抗肿瘤剂开启了大门：通过选择性地“过度组织”关键蛋白，直到它们无法再支持癌症生长为止。

引用: Fang, Y., Jiang, L., Wang, F. et al. Catalytic Proximal Protein Oligomerization as an Anti-Tumor Strategy Targeting WDR5. Nat Commun 17, 3879 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70409-z

关键词: 蛋白质寡聚化, WDR5, 纳米孔检测, 二硫化物化学, 癌症疗法