靶向DCAF1 WD40结构域的小分子化学探针OICR-41103的开发及其在肿瘤与抗病毒治疗中的应用

本研究针对DCAF1（DDB1-cullin4-associated-factor 1）WD40结构域在肿瘤发生和HIV病毒逃逸中的关键作用，开发了高选择性小分子探针OICR-41103。通过结构优化和生物物理验证，该化合物以纳摩尔级亲和力（KD~1 nM）特异性结合DCAF1，并能有效阻断HIV病毒蛋白Vpr与宿主蛋白的相互作用（Kdisp=54 nM）。研究成果为靶向蛋白降解（PROTAC）设计和抗病毒药物开发提供了新工具，发表于《Communications Biology》。

　　

在细胞生命活动的精密调控网络中，DCAF1（DDB1-cullin4-associated-factor 1）如同一个多功能的"分子开关"，其WD40重复（WDR）结构域作为CRL4和EDVP E3泛素连接酶的底物识别模块，通过泛素-蛋白酶体系统调控着细胞周期、DNA损伤修复等关键过程。然而，这个重要的调控节点却被HIV等病毒"劫持"——病毒蛋白Vpr通过结合DCAF1的WD40结构域，促使宿主抗病毒因子如SAMHD1和UNG2被降解，为病毒复制扫清障碍。更令人担忧的是，DCAF1在肺癌、乳腺癌等多种肿瘤中过表达，通过失活Hippo通路激酶Lats1/2等机制促进肿瘤发生。面对这一兼具肿瘤治疗和抗病毒潜力的靶点，科学界亟需高特异性工具来解析其生物学功能。

加拿大安大略癌症研究所（OICR）的研究团队基于前期发现的先导化合物OICR-8268，通过将核心吡唑环替换为吡咯环的结构优化，开发出新型小分子OICR-41103。该化合物不仅成为目前报道的最强效DCAF1配体（SPR K_D<2 nM），更展现出独特的抗病毒应用前景——其结合位点与HIV病毒蛋白Vpr存在空间竞争，能有效破坏DCAF1-Vpr相互作用（HTRF K_disp=54±10 nM）。这项突破性成果发表于《Communications Biology》，为靶向DCAF1的肿瘤治疗和抗HIV药物开发提供了全新路径。

研究团队运用了多项关键技术：表面等离子共振（SPR）验证结合亲和力、差示扫描荧光法（DSF）检测蛋白热稳定性、X射线晶体学解析1.7 ?分辨率复合物结构、细胞热转移实验（CETSA）和NanoBRET技术证实细胞内靶标结合，以及均相时间分辨荧光（HTRF）和NanoBiT互补实验评估病毒蛋白 displacement 活性。

OICR-41103与DCAF1 WDR结构域的高效结合
通过SPR检测发现，(S)-构型的OICR-41103对DCAF1 WDR结构域的亲和力（K_D<2 nM）比其对映体OICR-41103N（K_D~1 μM）强500倍。晶体结构显示，该化合物深入WDR中央疏水口袋，其双卤代苯环分别占据由V1299/Y1309和H1140/F1330形成的两个疏水腔，酰胺基团与D1356/R1298形成氢键网络。

卓越的选择性与细胞活性
在包含WDR5、FBXW7等6种WD40蛋白的选择性筛选中，OICR-41103在20 μM浓度下仍保持特异性。CETSA实验显示其在NCI-H460细胞中能剂量依赖性地稳定DCAF1 WDR结构域（EC₅₀=165 nM），而NanoBRET实验中可有效置换荧光示踪剂（EC₅₀=128 nM）。

抗病毒应用的关键突破
结构比对发现OICR-41103的结合位点与Vpr存在空间冲突。HTRF实验证实其能剂量依赖性地破坏DCAF1-Vpr全蛋白相互作用（K_disp=54 nM），在细胞水平的NanoBiT实验中同样有效（EC₅₀=1 μM）。这种特异性抑制为阻断HIV劫持宿主机制提供了新策略。

肿瘤研究的意外发现
虽然DCAF1敲除显著抑制NSCLC细胞（H1703/H1915/H2170）生长，但OICR-41103处理未产生类似表型，提示WDR结构域抑制可能不足以完全阻断DCAF1的多重功能，这为后续PROTAC开发提供了重要启示。

这项研究通过多学科交叉手段，不仅提供了迄今最优秀的DCAF1化学探针（推荐使用浓度1 μM），更揭示了WD40结构域小分子干预的两种潜在应用方向：在抗病毒领域，OICR-41103可作为先导化合物开发新型HIV抑制剂；在肿瘤治疗方面，其晶体结构为设计靶向DCAF1的PROTAC分子提供了精确模板。特别值得注意的是，该研究首次在分子水平证实小分子可通过竞争性结合阻断病毒蛋白与宿主因子的相互作用，为抗病毒药物开发开辟了新思路。未来研究可进一步探索OICR-41103在更多癌症模型中的应用，并优化其成药性以推动临床转化。