DNA编码文库筛选揭示靶向DNMT2隐蔽变构位点的高效抑制剂及其在tRNA甲基化调控与抗癌协同治疗中的应用

本研究通过DNA编码文库(DEL)筛选技术，成功鉴定出靶向RNA甲基转移酶DNMT2(TRDMT1)的新型变构抑制剂。研究人员突破传统S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)类似物的局限，发现能特异性结合隐蔽变构口袋的肽模拟物，通过X射线晶体学解析其作用机制，证实该抑制剂可降低tRNA中m5C38修饰水平，并与阿霉素协同增强抗癌效果。该研究为开发选择性靶向DNMT2的治疗策略提供了全新分子工具。

　　

在生命科学的微观世界中，RNA甲基化修饰如同精密的化学标签，调控着基因表达的时空秩序。DNA甲基转移酶2(DNMT2)作为独特的RNA甲基转移酶，虽与DNA甲基转移酶同源，却专司tRNA第38位胞嘧啶的m⁵C修饰。这种修饰不仅影响tRNA稳定性，更与癌症发生发展密切相关。然而长期以来，DNMT2靶向药物开发面临双重困境：传统S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)类似物缺乏选择性，且难以穿透细胞膜发挥作用。这种局面使得DNMT2在癌症等疾病中的功能研究和治疗应用长期受限。

为突破这一瓶颈，Ariane F. Frey等研究团队在《iScience》发表创新性研究。研究人员采用DNA编码文库(DEL)筛选技术，结合微尺度热泳动(MST)、等温滴定量热(ITC)和X射线晶体学等方法，系统鉴定了DNMT2的新型变构抑制剂，并阐明其分子作用机制。研究使用MOLM-13白血病细胞模型验证了抑制剂对tRNA修饰的调控功能及其与化疗药物的协同效应。

DEL筛选发现DNMT2配体化学型

通过4.2亿化合物的DEL文库筛选，研究人员在同时存在SAH和tRNA^Asp竞争物的条件下，发现五类非SAH样结构的新型结合分子。其中β-高模拟三肽化合物3和5展现出特异性结合能力，KD值分别为48.2μM和241μM。正交实验证实这些配体不与tRNA结合位点竞争，提示其可能作用于全新靶点。

变构结合口袋的结构解析

X射线晶体学(2.6 ?分辨率)首次揭示化合物3结合于DNMT2△47的隐蔽变构口袋。该口袋由β4-α4和β5-α5区域构成，配体结合诱导活性位点环区(P77-P78-C79)构象变化，通过空间位阻阻碍SAH结合。分子表面分析显示，配体乙苯基团与疏水斑块结合，羰基则与正电区域相互作用，形成独特的"U"形结合模式。

结构活性优化获得先导化合物

基于晶体结构指导，团队对化合物3进行系统修饰：BB1位对乙基苯甲酰基的烷基链可替换为刚性炔烃；BB2位环丙基-β-丙氨酸为必需结构；BB3位β-高色氨酸替换为β-高(4-氯)苯丙氨酸显著提升活性。最终获得的先导化合物16(KD=3.04μM)具有细胞膜渗透性(P_app=0.3×10^-6 cm/s)，为后续研究奠定基础。

细胞水平验证生物学效应

在MOLM-13细胞中，50μM的化合物16处理72小时可使tRNA m⁵C水平降低25%，与基因敲除效果相当。细胞热转移实验(CETSA)证实该化合物能特异性结合细胞内DNMT2。值得注意的是，虽然单独使用不影响细胞活力，但与阿霉素联用可显著增强癌细胞杀伤效果，这为开发协同治疗方案提供了实验依据。

生理意义与转化价值

该研究不仅首次揭示DNMT2存在可靶向的变构调节口袋，更开创性地证明：选择性抑制tRNA m⁵C修饰可成为癌症治疗的新策略。相比传统广谱甲基转移酶抑制剂如氮杂胞苷，这类变构抑制剂具有显著的选择性优势，为研究DNMT2在肿瘤发生、代谢疾病等病理过程中的作用提供了精准分子工具。

研究也存在若干值得深入探索的方向：变构口袋的生理配体尚未明确；抑制剂在动物模型中的效果有待验证；对非m⁵C甲基转移酶的潜在脱靶效应需进一步评估。这些问题的解决将推动该类药物向临床转化迈进。总体而言，这项工作为表观转录组调控和靶向治疗研究开辟了新途径，展现出转化医学的重要潜力。