NRAS突变仍然缺乏有效的靶向药物

大鼠肉瘤(RAS)基因的激活突变HRAS、NRAS和KRAS共同代表了人类癌症中最常见的致癌驱动因素。RAS-RAF-MAPK轴控制细胞增殖，在大多数人类癌症中，RAS-RAF-MAPK轴被该通路不同水平的突变组成性激活。它们以前被认为是不可成药的靶点，但在过去几年的进展中，临床上已经开发出靶向KRAS(G12C)和KRAS(G12D)突变体的药物。然而，NRAS(Q61*)突变体作为黑色素瘤中第二常见的致癌驱动因子，选择性靶向NRAS(Q61*)突变体(*代表“any”)的临床药物仍然缺乏。SHOC2与常见的RAS-MAPK驱动的病理过程(如癌症)有因果关系。然而，目前没有结构证据表明SHOC2与典型RAS蛋白直接相互作用，也没有迹象表明该复合物具有药理作用并与癌症维持有关。

RAS突变癌症治疗新靶点SHOC2-RAS

在这项研究中，密歇根大学Arul M. Chinnaiyan教授团队确定了SHOC2，一个SHOC2 - mRAS-PP1C复合物的组成部分，以核苷酸状态依赖和异构体不可知的方式对RAS(Q61*)肿瘤存在依赖性。在机制上，作者发现致癌NRAS(Q61R)与SHOC2形成直接相互作用，X射线共晶结构证明了这一点。通过体外高通量筛选，作者发现了与SHOC2结合并破坏与NRAS(Q61*)相互作用的小分子。基于结构的优化开发了一种具有细胞活性的工具化合物，在RAS突变癌症模型中，尤其是在NRAS(Q61*)环境中，显示出抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号传导和增殖的作用。这些发现为新形态的SHOC2-RAS蛋白相互作用提供了证据，该相互作用在药理学上是可行的，并且与癌症维持有关。总的来说，这项工作为开发RAS信号通路核心的新疗法提供了概念验证和基础。相关工作以“Targeting the SHOC2–RAS interaction inRAS-mutant cancers”为题发表在Nature。

【文章要点】

一、筛选RAS突变依赖项

作者利用Ba/F3细胞系模型，构建了6种同源细胞系，分别表达KRAS或NRAS的G12C、G12D或Q61R突变。通过基因组范围的sgRNA筛选，发现NRAS/KRAS(G12C/D)突变细胞株更依赖于上游通路中的IGF1R、PTPN11和SOS1，这与G12C/D突变 RAS 依赖于上游RTK的活性维持有关。相比之下，NRAS/KRAS(Q61R)突变细胞株表现出对SHOC2的更强依赖性。SHOC2是RAS-MAPK通路的正调节因子，其缺失对Q61R突变细胞株的致死性更强。这种依赖性与RAS突变类型相关，而不依赖于KRAS或NRAS同工酶的差异。Q61H突变细胞株也表现出与Q61R相似的SHOC2依赖性。由于缺乏针对Q61突变RAS的有效治疗手段，作者将进一步聚焦于SHOC2在Q61RAS突变肿瘤治疗中的潜在作用。总之，该研究通过等位基因分析，揭示了不同RAS热点突变及同工酶类型在依赖性代谢通路上的差异，为靶向治疗提供了新的线索，尤其是针对难治的Q61RAS突变肿瘤。

图1 Ba/F3细胞系的CRISPR敲除筛选鉴定出特定的RAS突变依赖性

二、癌症模型中的SHOC2基因验证

通过分析DepMap数据集，作者发现在人类癌细胞系中，与 RAS(G12C/D)突变相关的依赖性基因包括GRB2和PTPN11，而与 RAS(Q61*)突变相关的主要依赖性基因是SHOC2。在多种携带NRAS(Q61*)或KRAS(Q61*)突变的细胞株中，SHOC2敲低都会显著抑制细胞增殖和MAPK通路的活性，而在BRAF(V600E)突变株中则无此效果。体内实验也证实，SHOC2敲低可以明显抑制携带NRAS(Q61*)突变的黑色素瘤患者来源的肿瘤细胞株的生长。转录组分析显示，SHOC2敲低对RAS/MAPK调控基因的影响程度与RAS突变基因本身的敲低类似，说明SHOC2是RAS(Q61*)信号传导的关键调节因子。综上所述，通过系统的基因依赖性研究，该工作明确了SHOC2在RAS(Q61*)突变肿瘤中的重要作用，为这一难治性肿瘤的新型治疗策略提供了新的突破口。

图2 癌症模型中的SHOC2基因验证

三、NRAS(Q61R) -SHOC2复合物的生物化学-物理结构

生物物理实验表明，SHOC2 能与活性态的 RAS(Q61R)突变体形成稳定的二元复合物，而无法与野生型 RAS 或 G12C/D 突变体结合，这与前面细胞实验发现的 RAS(Q61)突变细胞对 SHOC2 的依赖性一致。通过 X 射线晶体结构分析，作者发现 NRAS(Q61R)与 SHOC2 的结合主要依赖于两者之间的多个氢键和盐桥作用，形成了一个相对稳定的二元复合物。相比之前已知的 MRAS-SHOC2-PP1 三元复合物，NRAS(Q61R)与 SHOC2 的结合构象发生了一些细微变化，如开关区域 2 更靠近 SHOC2 界面。这可能增强了两者之间的相互作用力。上述结果表明，靶向 SHOC2 与 RAS(Q61)突变体的蛋白-蛋白相互作用界面，有可能干扰 SHOC2-RAS 复合物的形成，从而抑制 RAS(Q61)突变肿瘤细胞的生长。

图3抑制PIKfyve使PDAC细胞刺激脂肪生成转录和代谢程序

四、SHOC2的药理靶向

通过高通量筛选，作者发现了一系列能与SHOC2结合的小分子化合物，其中化合物6在体外和细胞水平都能有效干扰SHOC2与RAS(Q61)突变体的相互作用。使用X射线晶体结构分析，作者确定了化合物6和另一个高亲和力肽段4都能与SHOC2上的一个特定疏水性口袋结合，这个口袋也是SHOC2与RAS(Q61)结合的关键界面。作者将化合物6应用于RAS(Q61)突变的黑色素瘤细胞株，发现其能抑制MAPK通路的活性，而不影响RAS-GTP的结合水平，这表明它是通过干扰SHOC2-RAS相互作用来发挥作用的。进一步实验发现，化合物6对RAS(Q61)突变株的增殖有明显抑制作用，而对野生型RAS或BRAF(V600E)突变细胞无影响。这与之前的基因敲除实验结果一致。综上所述，这项研究成功发现了一种能靶向SHOC2-RAS(Q61)相互作用的小分子抑制剂，为治疗难治性RAS(Q61)突变肿瘤提供了新的药物靶点和先导化合物，这也是首次从基因依赖性到化合物开发的全链条研究。

图4SHOC2的药理靶向

【结论与展望】

当前已上市的RAS靶向药物存在耐药问题，需要寻找新的靶点和治疗方法。本研究通过等位基因细胞系的基因敲除筛选，发现了RAS(G12C/D)和RAS(Q61)突变在依赖性基因上的差异。RAS(G12C/D)依赖于上游的SOS1、SHP2和IGFR1，而RAS(Q61)则依赖于SHOC2。SHOC2是RAS/MAPK通路的关键调节因子，它可以激活所有三种RAF亚型，在RAS(Q61)突变肿瘤中尤为关键。研究发现SHOC2与RAS(Q61)突变体能形成稳定的二元复合物，并解析了其高分辨率的晶体结构。这为靶向这一界面进行药物开发提供了基础。通过小分子和肽段筛选，作者确定了一种能有效干扰SHOC2-RAS(Q61)相互作用的化合物6，并证实其在细胞水平对RAS(Q61)突变肿瘤具有选择性抑制作用。综上所述，本研究从基因依赖性分析到化合物开发，为靶向RAS(Q61)突变肿瘤的新疗法提供了重要科学依据，SHOC2成为该领域一个有前景的新靶点。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08931-1

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