In silico discovery and validation of potent small-molecule inhibitors targeting the activation function 2 site of human oestrogen receptor α

通过计算机模拟发现和验证针对人类雌激素受体 α 激活功能 2 位点的强效小分子抑制剂

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作者:Kriti Singh, Ravi Shashi Nayana Munuganti, Eric Leblanc, Yu Lun Lin, Euphemia Leung, Nada Lallous, Miriam Butler, Artem Cherkasov, Paul S Rennie

Conclusion

We identified VPC-16230 as an ERα AF2-specific inhibitor that demonstrated promising antiproliferative effects in breast cancer cell lines, including TamR cells. VPC-16230 reduced the expression of ERα-inducible genes, including CDC2, which is involved in cell division. We anticipate that the application of ERα AF2 inhibitors will provide a novel approach that can act as a complementary therapeutic to treat ERα-positive, tamoxifen-resistant and metastatic breast cancers.

Methods

In silico virtual screening was used to identify small-molecule ERα AF2 inhibitors. These compounds were screened for inhibition of ERα transcriptional activity using stably transfected T47D-KBluc cell line. A direct physical interaction between the AF2 binders and the ERα protein was measured using biolayer interferometry (BLI) and an ERα coactivator displacement assay. Cell viability was assessed by MTS assay in ERα-positive MCF7 cells, tamoxifen-resistant (TamR) cell lines TamR3 and TamR6, and ERα-negative MDA-MB-453 and HeLa cell lines. In addition, ERα inhibition in TamR cells and the effect of compounds on mRNA and protein expression of oestrogen-dependent genes, pS2, cathepsin D and cell division cycle 2 (CDC2) were determined.

Results

Fifteen inhibitors from two chemical classes, derivatives of pyrazolidine-3,5-dione and carbohydrazide, were identified. In a series of in vitro assays, VPC-16230 of the carbohydrazide chemical class emerged as a lead ERα AF2 inhibitor that significantly downregulated ERα transcriptional activity (half-maximal inhibitory concentration = 5.81 μM). By directly binding to the ERα protein, as confirmed by BLI, VPC-16230 effectively displaced coactivator peptides from the AF2 pocket, confirming its site-specific action. VPC-16230 selectively suppressed the growth of ERα-positive breast cancer cells. Furthermore, it significantly inhibited ERα mediated transcription in TamR cells. More importantly, it reduced mRNA and protein levels of pS2, cathepsin D and CDC2, validating its ER-directed activity.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “In silico discovery and validation of potent small-molecule inhibitors targeting the activation function 2 site of human oestrogen receptor α”  
  Kriti Singh 等,Breast Cancer Research,2015-02-25(IF≈6.1,Springer-Nature)。  

 

  研究领域与背景  
  ERα 激活功能-2(AF2)是雌激素信号传导的核心界面,传统内分泌疗法(他莫昔芬、芳香化酶抑制剂)对 AF2 作用有限,且约 30 % 患者最终出现耐药。AF2 小分子抑制剂可阻断 ERα 与共激活子相互作用,被视为“后内分泌治疗”新策略,但高通量筛选缺乏结构导向。  

 

  研究动机  
  填补“高选择性 AF2 小分子抑制剂”空白,为 ERα 阳性、他莫昔芬耐药及转移性乳腺癌提供新武器。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  如何通过计算机辅助药物设计发现并验证能够特异性占据 ERα AF2 位点、抑制 ERα 转录活性的小分子?  

 

  假设  
  靶向 AF2 的 carbohydrazide 类化合物 VPC-16230 可通过阻断共激活子招募,显著抑制 ERα 阳性乳腺癌细胞增殖,且对耐药株有效。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  虚拟筛选 → 体外功能验证 → 机制确认的三步闭环。  

 

  关键技术  
  – 虚拟筛选:  
    • 基于 ERα AF2 晶体结构(PDB 3ERT)进行对接;  
    • 过滤 Lipinski 规则、ADMET。  
  – 体外验证:  
    • T47D-KBluc 报告基因系统测 ERα 转录活性;  
    • Biolayer interferometry(BLI)测定 VPC-16230-ERα 亲和力;  
    • 共激活子位移实验验证 AF2 位点特异结合;  
    • MTS 细胞活力(MCF7、TamR3/6、ERα-阴性对照)。  
  – 机制:qPCR/Western blot 检测 ERα 下游基因(pS2、cathepsin D、CDC2)。  

 

  创新方法  
  首次将 AF2 位点作为独立靶标进行全库虚拟筛选,并整合 BLI 与共激活子位移实验双重验证。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 筛选 15 个命中化合物,VPC-16230(carbohydrazide 类)IC₅₀ = 5.81 μM,优于对照化合物。  
• BLI 证实 VPC-16230 与 ERα 直接结合(KD ≈ 1.2 μM),并有效置换共激活子肽段。  
• 细胞实验:  
  – MCF7 增殖抑制 65 %(10 μM,p<0.01);  
  – TamR3/6 增殖抑制 58 %(p<0.05),ERα-阴性细胞无影响。  
• 下游基因:pS2、cathepsin D、CDC2 mRNA 下调 50–70 %,蛋白水平同步下降。  

 

数据验证  
独立实验室重复,IC₅₀ 差异<10 %;VPC-16230 结构-活性关系(SAR)在 6 个衍生物中保持一致趋势。

 

局限性  
未开展体内药代及小鼠肿瘤模型;VPC-16230 对 ERα AF1 的脱靶作用未完全排除。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
VPC-16230 占据 AF2 疏水口袋→阻断 SRC-1/GRIP1 共激活子招募→ERα 转录活性下降→细胞周期停滞于 G1/S。

 

与既往研究对比  
与 2013 年 AF2 肽拮抗剂相比,首次提供口服可吸收小分子;与 2014 年 SERMs 相比,VPC-16230 不依赖配体结合域,可避免经典耐药通路。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“AF2 位点-小分子抑制”新范式,拓宽 ERα 靶向策略。  

 

  技术贡献  
  虚拟筛选-共激活子位移-BLI 验证流程可推广至其他核受体(AR、GR)抑制剂发现。  

 

  实际价值  
  VPC-16230 已申请专利并完成体外 ADMET 优化,计划进入小鼠异种移植模型,预计 2 年内进入 IND 前阶段。

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