组蛋白去甲基化酶JMJD2A抑制剂的设计与合成文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

1. 文献综述
2. 背景

表观遗传学是在基因核苷酸序列不发生改变的情况下，研究基因表达或表型的可遗传的变化。这种变化在细胞分裂过程中和代际间是稳定的^[1,2]。表观遗传现象包括DNA甲基化、组蛋白修饰、核小体定位和RNA干扰等，与肿瘤的发生发展密切相关^[3,4,5]。普遍研究认为，组蛋白通过甲基化、磷酸化和乙酰化修饰调控基因表达。组蛋白赖氨酸乙酰化修饰一般激活转录，而组蛋白赖氨酸甲基化修饰则根据修饰位点和程度的不同对转录起激活或抑制作用。如组蛋白H3在9号赖氨酸残基处（H3K9）的甲基化和组蛋白H4在20号赖氨酸残基处（H4K20）的甲基化与转录抑制相关，而H3K4、H3K36、H3K79的甲基化则主要与转录激活相关^[6]。

传统的表观遗传修饰蛋白研究主要集中于DNA甲基转移酶（DNMTs）和组蛋白去乙酰化酶（HDACs），作用于这两类酶的小分子抑制剂已用于临床。如DNMTs抑制剂地西他滨（Decitabine）和阿扎胞苷（Azacitidine），HDAC抑制剂伏立诺他（Vorinostat，SAHA）和西达苯胺（Chidamide）等。但是近年来，组蛋白甲基化在基因表达调控中所起的作用越来越受到人们的关注，因为其在各类疾病的发生发展中发挥着关键的作用，尤其是肿瘤。

1. 组蛋白去甲基化酶

组蛋白甲基转移酶（HMTs）与组蛋白去甲基化酶（HDMs）的竞争保证了组蛋白甲基化的动态平衡。HMTs能够利用辅因子S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）作为甲基供体催化组蛋白N-端赖氨酸残基，使其增加1-3个甲基。与之相反，HDMs通过催化组蛋白N-端氨基的去甲基化，去除一个或多个甲基。目前已发现两类HDMs：赖氨酸特异性去甲基化酶（lysine specific demethylase, LSD）和包含Jumonji家族结构域的组蛋白去甲基化酶（Jumonji domain containing histone demethylase, JMJD）。LSD是黄素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide, FAD）依赖酶，包含LSD1和LSD2两个亚型^[7]。LSD1的底物是组蛋白H3K4，只能催化单甲基和二甲基化的赖氨酸去甲基化^[8]；而LSD2的研究报道相对较少^[8]。JMJD是Fe（II）和-酮戊二酸（2OG）依赖的氧化酶，不仅可催化单甲基化和二甲基化赖氨酸去甲基化，还可催化三甲基化赖氨酸去甲基化^[9]。JMJD的JmjC结构域是JMJD家族酶活性催化中心的重要组成部分，JmjN结构域则与转录调节相关。JMJD分为7个亚家族，包含28个不同亚型，且不同亚型的JMJD表现出各异的底物特异性^[10]。其中组蛋白去甲基化酶JMJD2A是本课题的研究重点。

2.1 组蛋白去甲基化酶JMJD2A与肿瘤

JMJD异常会导致组蛋白甲基化异常，可能导致多种疾病的发生，包括肿瘤^[11]。如JMJD2A作为JMJD组蛋白去甲基化酶家族中的一员，可通过依赖或非依赖p53的多种途径促进结肠癌细胞增殖^[12]。另外，小干扰RNA介导的JMJD2A基因敲除结果表明这种酶还能促进结肠癌^[12]、肺癌^[13]和乳腺癌^[14]细胞的生长。由于JMJD2A在正常组织中的表达量少，将其抑制所造成的不良反应风险相对较小，因此，JMJD2A是很好的抗肿瘤的新靶点^[15]。

• 1. 组蛋白去甲基化酶JMJD2A的结构

所有JMJD类组蛋白去甲基化酶均含有JmjC催化域，此外不同的亚家族含有不同锌指结合域和DNA结合域，以及其他一些尚未了解的区域。JMJD类组蛋白去甲基化酶主要包括五个结构域，分别是：ARID区域、PHD区域、Tudor区域、JmjN区域和JmjC区域。

JMJD2A蛋白由1064个氨基酸残基构成，包括JmjN和JmjC结构域，JmjN和JmjC构成核心催化区域，一个由350个氨基酸形成的连接区，两个PHD区域和1个Tudor重复序列（图2.2.1）。

2.2.1组蛋白去甲基化酶JMJD2A的结构示意图

JmjC结构域中的催化活性位点包含Fe（II）和辅因子alpha;-酮戊二酸（2OG）。Ng等人解析了JMJD2A·Ni（II）·Zn（II）·2OG的晶体结构（PDB ID: 2OQ6）^[16]，如图2.2.2所示，Ni（II）处在活性催化中心，与His 188，Glu 190 以及His 276形成螯合作用。与此同时，Ni（II）可以与2OG的羧基和相邻羰基形成二齿螯合（使用Ni（II）代替Fe（II）制备晶体复合物更容易，且对JMJD2A的构象几乎无影响，故用Ni（II）替换Fe（II））。2OG的另一个羧基与Tyr132和Lys206之间有氢键作用，还与Lys206的侧链氨基形成静电相互作用。