横紋筋肉腫におけるFGFR4チロシンキナーゼ変異に起因するポナチニブ抵抗性メカニズムの分子モデリング戦略による解明

Insight into ponatinib resistance mechanisms in rhabdomyosarcoma caused by the mutations in FGFR4 tyrosine kinase using molecular modeling strategies.

• Chao Wu
• Xiaolu Chen
• Daoxing Chen
• Qinqin Xia
• Zhiguo Liu
• Fuchuan Li
• Yuxiang Yan
• Yuepiao Cai

抄録

横紋筋肉腫（RMS）に対して，毒性の少ない新規の有効な治療法はまだ見つかっていない。RMSのゲノム解析から，受容体チロシンキナーゼFGFR4が腫瘍組織に高発現し，頻繁に変異していることが報告されている。RMSにおけるFGFR4のV550E/LおよびN535D/K変異は、ほとんどすべてのタイプI阻害薬に対して強い薬剤耐性を示す可能性がある。これまでの報告では、II型阻害薬であるポナチニブがRMSに最も有効な薬剤である可能性があることが示されているが、V550E/L変異体をスターボードすることはまだ難しい。この場合、抵抗性のメカニズムを理論的に解明するために、分子モデリング戦略のアンサンブルを用いた。様々な戦略によって予測された結合自由エネルギーの計算結果は、N535D/K 変異ではなく V550E/L 変異がポナチニブの結合親和性を実際に弱めていることを示しており、実験結果とよく一致している。その後、エネルギー分解解析により、いくつかの重要な残基の多様なエネルギー成分にノックオン効果があることが明らかになりました。さらに、FGFR4のリン酸化と活性化を防ぐために、Aループに沿って滑るII型阻害剤の有効なチャネルが存在することを報告することは、非常に重要である。これらの結果は、薬剤の結合過程に新たな知見を与え、RMSにおける薬剤耐性を克服するための有効な阻害剤の開発につながるものと考えています。

Novel efficacious treatment of Rhabdomyosarcoma (RMS) with less toxicity has yet to emerge. Genomic analysis of RMS has reported that the receptor tyrosine kinase FGFR4 is highly expressed and frequently mutated in the tumor tissue. The V550E/L and N535D/K mutations of FGFR4 in RMS can lead to strong drug resistance to almost all of the type-I inhibitors. Previous report has demonstrated the type-II inhibitor ponatinib is the most potentially effective agent for RMS but still hard to starboard the V550E/L mutants. In this case, an ensemble of molecular modeling strategies was employed to theoretically uncover the resistance mechanisms. The binding free energy calculation results predicted by various strategies show that the V550E/L rather than N535D/K mutations indeed weaken the binding affinity of ponatinib, which are in good agreement with the experimental observations. Subsequently, the energy decomposition analysis mapped a knock-on effect on the diverse energy components of some key residues. Moreover, it is of great importance to report that there is an effective channel for type-II inhibitors sliding along the A-loop to prevent FGFR4 from phosphorylation and activation. Our results provide new insight into drug binding process and guide the development of effective inhibitors to surmount drug resistance in RMS.

Copyright © 2019 Elsevier B.V. All rights reserved.