调控SENP1磷酸化修饰化合物和SIRT3 SUMO化修饰化合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了线粒体中NAD依赖的去乙酰化酶SIRT3的K288位点能够发生SUMO化修饰并调控其活性；同时，SUMO特异性蛋白酶1(SENP1)能够调控SIRT3的SUMO化修饰，从而调控SIRT3参与的线粒体相关的生理及病理过程；SENP1的这一调控作用取决于SENP1S180位点的磷酸化修饰。本发明专利技术公开了SENP1‑SIRT3轴的信号调控路径对线粒体代谢，巨噬细胞和T细胞的活化，以及对肿瘤免疫和肿瘤生长的影响，对于与线粒体代谢和肿瘤相关疾病的防治具有重要意义。

Regulation of SENP1 phosphorylation modifying compounds and SIRT3 SUMO modified compounds and their applications

The invention discloses that the K288 loci of NAD dependent deacetylase SIRT3 in mitochondria can be SUMO modified and regulate its activity; at the same time, SUMO specific protease 1 (SENP1) can regulate the SUMO modification of SIRT3, thus regulating the mitochondrial related physiological and pathological processes involved in SIRT3, and this regulatory role of SENP1 depends on the regulation of SENP1. Phosphorylation of the SENP1S180 site. The present invention discloses the signal regulation path of the SENP1 SIRT3 axis on mitochondrial metabolism, activation of macrophages and T cells, and the effect on tumor immunity and tumor growth, which is of great significance to the prevention and treatment of mitochondrial metabolism and tumor related diseases.

【技术实现步骤摘要】
调控SENP1磷酸化修饰化合物和SIRT3SUMO化修饰化合物及其应用
本专利技术属于生物医药领域，涉及SENP1磷酸化修饰化合物和SIRT3SUMO化去修饰化合物及其应用，具体涉及SENP1的S180位点的磷酸化修饰以及对线粒体SIRT3的SUMO化修饰的调控在细胞线粒体代谢相关生理和病理中的作用及其应用。
技术介绍
线粒体是细胞中重要的能量代谢与参与细胞代谢调控的细胞器。它由外至内可分为外膜、膜间隙、内膜和基质四个区域。在生理和病理情况下，线粒体的数量、形状和细胞内的位置都会发生动态改变，并且这种改变与线粒体的功能有关。近年的研究表明，线粒体的这些改变与细胞线粒体对能量需求、营养供应或代谢改变有关。比如T细胞被抗原刺激分化增殖为效应性T细胞时，线粒体形状通过Fission过程变小和变成球型，而进一步分化为记忆性T细胞时，线粒体形状则通过Fusion变大和变成长型(Bucketal.,2016)。Fission使线粒体变小和变成球形，能够增加线粒体有氧糖酵解、三羧酸循环流(TCAflux)等，这些代谢活性的改变有利于效应性T细胞的分化扩增；而Fusion过程则增加线粒体的脂肪酸的beta-氧化代谢活性，有助于记忆性T细胞(Tmemory)的成活(Bucketal.,2016)。这些研究说明线粒体的动态变化能够影响到线粒体的代谢、进而影响到细胞的功能。蛋白质的SUMO修饰是一个动态和可逆的过程(Cheng,etal.2004)。SUMO修饰过程是由活化酶(E1)、接合酶(E2)和连接酶(E3)三个酶相继作用来完成的。被SUMO修饰的靶蛋白现已报道有数百种之多。大多数SUMO修饰的蛋白质位于细胞核内，包括转录因子，转录共调节因子，参与染色质重塑的蛋白和信号转导分子等。SUMO修饰可通过调节这些靶蛋白质的定位、稳定和活性来影响细胞内众多的生物学过程。蛋白质SUMO修饰的调控主要由去SUMO化修饰蛋白酶SENP家族成员所介导的去SUMO化过程来调控。能够发生SUMO修饰的蛋白质主要位于细胞质和细胞膜中，但目前对于线粒体内蛋白能否发生SUMO修饰还未见报道。SENP家族包括6个成员：SENP1-3、SENP5-7(Cheng，2008)。大多数SENP分布在细胞核内，SENP3和SENP5定位于核仁，SENP6遍及整个核质。在它们氨基酸序列的C端是序列高度相似和保守的酶活性区域，而N端序列各异，一般认为它们调控底物特异性。由于SENP是重要的SUMO修饰调节因子，它们的表达或活性高低与底物的SUMO修饰水平密切相关，因而SENP被认为是调控蛋白质SUMO修饰的一个重要调控因子，也是生理和病理情况下作用于蛋白质SUMO修饰的重要靶标(Cheng,etal.2004)。外界信号通过SENP与其底物形成的一个信号调控通路参与对许多细胞生物学活性过程进行调控。但目前对于外界信号如何调控SENP的活性进而影响参与的细胞活性还不甚了解。Sirtuin家族共有七个成员(SIRT1-7),它依赖NAD+作为辅酶，发挥去乙酰化酶或ADP-核糖基转移酶的活性，参与许多重要生命过程的调控，诸如糖脂代谢、衰老、应激反应、炎症反应、肿瘤和心血管疾病等。其中，SIRT3是一种位于线粒体基质中的去蛋白乙酰化酶(Dittenhafer-Reedetal.，2015)。超过50％的线粒体蛋白包括许多参与代谢过程的酶能够发生乙酰化修饰，乙酰化修饰是线粒体蛋白活性调控的一种重要机制。而SIRT3是这些线粒体蛋白的主要的去乙酰化修饰酶，它能够调控这些线粒体蛋白的乙酰化修饰水平，进而影响其在线粒体中的功能。SIRT3的缺失能使线粒体中ROS增加，与衰老、听力损伤和癌症发生有密切关系。但在生理与病理情况下，如何调控SIRT3的活性及其参与的线粒体代谢过程还不太清楚。
技术实现思路
本专利技术提出了线粒体中NAD依赖的去乙酰化酶SIRT3能够发生SUMO修饰，而SUMO修饰能抑制SIRT3的活性。所述SUMO修饰位点位于人SIRT3第288位的赖氨酸(小鼠SIRT3是第223位赖氨酸)，利用基因编辑技术突变这一SUMO修饰位点或下调这一位点的SUMO修饰均能够显著激活SIRT3的去乙酰化活性，并进而调控其参与的线粒体代谢，包括促进线粒体的脂肪酸氧化和氧化磷酸化活性，能够促进T细胞成活、促进记忆性T细胞的抗肿瘤活性、促进血液干细胞的造血功能和减肥等。本专利技术还通过建立SIRT3SUMO位点突变(K223R)的小鼠进一步提出了SIRT3SUMO修饰调控免疫细胞的活性，SIRT3K223R小鼠的T细胞在体外成活时间延长，淋巴细胞包括记忆性T细胞显著增多。对小鼠肿瘤模型观察表明SIRT3K223R的记忆性T细胞的抗肿瘤免疫活性显著增强。因此，T细胞中SIRT3SUMO化修饰K288位点或调控SIRT3的SUMO化修饰的因子将是调控T细胞活性及抗肿瘤免疫的新靶点。本专利技术提出了SENP1是线粒体SIRT3特异性去SUMO修饰酶，去除SIRT3的SUMO修饰，进而显著增强SIRT3的活性。在代谢应激因素的作用下，SENP1从细胞质转运入线粒体内，催化SIRT3的去SUMO化，从而激活SIRT3的去乙酰化活性并降低线粒体中蛋白质的乙酰化水平，改变线粒体的代谢活性，特别是促进线粒体的脂肪酸氧化和氧化磷酸化活性等。因此，SENP1是SIRT3重要的上游调控因子(称为SENP1-SIRT3调控轴)。本专利技术进一步提出了在应激条件下，SIRT3K288位点突变或者激活SENP1去除SIRT3的SUMO化修饰均能够激活SIRT3参与调控的脂肪酸氧化，从而使细胞的能量代谢由基于葡萄糖的氧化磷酸化转变为以脂肪酸氧化磷酸化为主，这对于细胞克服这种代谢应激所造成的损伤是十分重要的。本专利技术所述应激条件包括由于葡萄糖供应减少而导致的细胞饥饿，一些代谢产物和一些细胞因子等能够调控SENP1的S180磷酸化，从而通过SENP1-SIRT3轴调控线粒体代谢和功能。其中，SENP1进入细胞线粒体的调控机制为，SENP1第180位的丝氨酸(S180)发生磷酸化修饰，SENP1转运入线粒体，并进而激活SIRT3。其中，代谢应激因素(如饥饿)能够促进激活的AMPK对SENP1第180位的丝氨酸(S180)进行磷酸化修饰，促进SENP1移位进入线粒体基质。而干预AMPK或者突变S180这一位点使得SENP1不能发生磷酸化修饰，都将阻止SENP1转运入线粒体内，造成SENP1在线粒体内的定位减少，亦不能启动对SIRT3的去SUMO化和线粒体代谢活性的调控。本专利技术通过亚细胞组分分离，荧光定位和免疫胶体金等实验方法，提出了人源的SUMO特异性蛋白酶SENP1能够定位在线粒体基质中。此外，饥饿条件等应激条件能促进更多的SENP1进入线粒体。本专利技术通过质谱技术鉴定到SENP1能够发生磷酸化修饰，磷酸化位点是第180位的丝氨酸(S180)。进一步的实验证明SENP1第180位发生磷酸化修饰是其能够进入线粒体的关键步骤。在饥饿等条件刺激下，细胞内AMP依赖的蛋白激酶AMPK被激活，AMPK直接对SENP1的S180位点进行磷酸化修饰，促使SENP1移位进入线粒体，降低线粒体内蛋白的SUMO化修饰，如SIRT3，加强线粒体脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
促进SENP1发生磷酸化的化合物在制备SIRT3的去乙酰化活性激活剂、治疗线粒体代谢功能相关疾病的药物、预防和/或治疗肿瘤的药物、或预防和/或治疗免疫相关疾病的药物中的应用。

【技术特征摘要】
1.促进SENP1发生磷酸化的化合物在制备SIRT3的去乙酰化活性激活剂、治疗线粒体代谢功能相关疾病的药物、预防和/或治疗肿瘤的药物、或预防和/或治疗免疫相关疾病的药物中的应用。2.促进SENP1第180位的丝氨酸发生磷酸化的化合物在制备SIRT3的去乙酰化活性激活剂、调控线粒体代谢功能的药物、预防和/或治疗肿瘤的药物、或预防和/或治疗免疫相关疾病的药物中的应用。3.促进SENP1从细胞质转运入线粒体内的化合物在制备SIRT3的去乙酰化活性激活剂、调控线粒体代谢功能的药物、预防和/或治疗肿瘤的药物、或预防和/或治疗免疫相关疾病的药物中的应用。4.蛋白激酶AMPK在制备SENP1的S180位点磷酸化修饰的药物，SIRT3的去乙酰化活性激活剂、调控线粒体代谢功能的药物、预防和/或治疗肿瘤的药物、或预防和/或治疗免疫相关疾病的药物中的应用。5.蛋白激酶AMPK激活剂在制备促进SENP1的S180位点磷酸化修饰的药物，SIRT3的去乙酰化活性激活剂、调控线粒体代谢功能的药物、预防和/或治疗肿瘤的药物、或预防和/或治疗免疫相关疾病的药物中的应用。6.促进SIRT3去乙酰化活性的化合物在制备SIRT3的去乙酰化活性激活剂、调控线粒体代谢功能的药物、预防和/或治疗肿瘤的药物、或预防和/或治疗免疫相关疾病的药物中的应用。7.促进SIRT3去SUMO修饰化或能够突变SIRT3SUMO修饰化位点的化合物在制备SIRT3的去乙酰化活性激活剂、调控线粒体代谢功能的药物、预防和...

【专利技术属性】
技术研发人员：程金科，王田实，曹颖，贺兼理，屠俊，左勇，郑铨，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院，
类型：发明
国别省市：上海,31