开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
葡萄糖调节蛋白Grp94选择性抑制剂的设计、合成和生物活性评价
- 课题背景
- Grp94简介
热休克蛋白90（Hsp90s）是重要的分子伴侣家族，对于调控广泛的客户蛋白的正确折叠，稳定性和功能至关重要。高等真核生物中的Hsp90s包括4种同种型：细胞质中的Hsp90alpha;和Hsp90beta;，内质网（ER）中的葡萄糖调节蛋白94（Grp94）和线粒体中具有特异性生物学的肿瘤坏死因子受体相关蛋白-1（Trap1），不同亚型拥有特殊的生物学功能和介导不同的客户蛋白质。已发现超过500种Hsp90的客户蛋白，其中许多参与某些疾病的发生和发展。
葡萄糖调节蛋白94（Grp94）主要贮存在内质网中，是内质网应激反应中的重要因子，是热休克蛋白（HSP90）的内质网旁系同源物，参与内质网蛋白的折叠、转运、伴随、分泌和内质网相关蛋白的降解过程，在内质网应激中起到重要作用，能够与内质网中的钙离子结合并介导肿瘤和病毒感染细胞免疫原性的产生。在葡萄糖饥饿、氧化应激、ER钙储存耗尽和错误折叠蛋白的积累等多种应激条件下，Grp94的表达上调。研究表明，Grp94的客户蛋白包括Toll样受体（TLRs）、整合素、Wnt共受体、低密度脂蛋白受体相关蛋白6（LRP6）、潜在TGFbeta;对接受体、糖蛋白A重复占优势（GARP）、糖蛋白（GP）Ib和胰岛素样生长因子（IGF）。临床上，Grp94在多种癌症中的升高表达,与癌症晚期发展和较低的存活相关。最近的临床前研究还发现，Grp94表达与胰腺癌，卵巢癌，多发性骨髓瘤，肝细胞癌，乳腺癌和炎症相关结肠癌的癌症进展密切相关。因此，Grp94是癌症治疗的有吸引力的治疗靶标。
- Grp94的结构研究
所有HSP90家族成员的结构组织是保守的，由四个主要结构域组成，包括N末端，ATP酶结构域（NTD），带电连接子区域，中间结构域（M结构域）和C末端二聚化结构域（CTD）。NTD含有核苷酸结合口袋和必需的残基用于ATP水解。在GRP94的N末端，初始氨基酸（约70）在长度和序列上都不同于HSP90。这种差异表明HSP90和GRP94响应于ATP结合和NTD二聚化而经历差异构象变化。除了这种变化，GRP94的NTD与其他HSP90相比是高度保守的。此外，GRP94的核苷酸结合口袋可以容纳传统HSP90泛抑制剂，通过使蛋白质保持“闭合”构象而对其伴侣功能产生抑制作用。带电的接头结构域连接NTD和M结构域以介导ATP水解过程中的构象变化。HSP90接头结构域的缺失影响其与共伴侣的相互作用并且在体内和体外损害其功能。GRP94中的带电荷接头结构域还含有钙结合位点，其允许钙诱导NTD中的构象变化并增强GRP94与肽之间的相互作用。GRP94的钙结合能力对细胞内钙稳态也很重要，GRP94特异性敲除细胞对钙浓度的扰动更敏感。考虑到这种细胞器对钙储存的重要性，GRP94的钙结合能力与其ER驻留的亚细胞定位非常相关。M域在GRP94和其他HSP90之间是高度保守的。该域对于GRP94和其他HSP90的功能是必需的，因为它包含ATP酶活性的催化环并与ATP水解所需的NTD相互作用。此外，M结构域的C末端和CTD的螺旋2,4和5形成同源二聚化的组成型界面。除了二聚体形成之外，CTD结构域对于客户蛋白质与GRP94和其他HSP90结合是必需的。在C末端，HSP90具有保守的四环肽重复序列，这对于共伴侣相互作用很重要，而GRP94以KDEL序列结束，这对于其在ER中的滞留起到重要的作用。
客户蛋白的结合和释放与HSP90的ATP水解循环密切相关，并且与“分子钳”模型非常吻合。在该模型中，ATP酶活性在所有HSP90直向同源物和旁系同源物中是保守的，并且对于它们作为伴侣蛋白的作用是关键的。 N-末端结构域的双层alpha;/beta;-夹心结构形成结合核苷酸的ATP酶袋。围绕ATP酶口袋区域是由线和螺旋组成的“盖子”结构。在ATP结合时，“盖子”结构从延伸出ATP酶结合口袋变为闭合在口袋上方。这种构象变化有助于两个单体的N-末端结构域中的瞬时二聚化，其发生在C-末端的组成型二聚化之外。因此，HSP90在ATP结合时形成“封闭的”二聚体构象。与HSP90一样，GRP94也可以组装成“V”形同源二聚体。ATP结合的GRP94取代“封闭的”二聚体结构，采用扭曲的“V”结构，其中N-M结构域沿着M-C结构域的轴具有左旋扭曲。此功能可防止ATP在与GRP94结合后水解，并可能解释了GRP94的低ATP酶活性。然而，该结构还表明，结构域的简单旋转可导致催化残基的正确排列。因此，存在GRP94的瞬时催化构象，其能够实现其伴侣功能。
- Grp94的选择抑制剂
GRP94的分子伴侣功能取决于其ATP酶结构域，在结构上不同于其他HSP90成员，因此有利于设计针对癌症的高选择性Grp94靶向抑制剂。抑制Hsp90的伴侣功能可以诱导疾病相关的客户蛋白的降解，然后阻断疾病依赖性信号传导途径。四种异构体不加选择的抑制作用使大量客户蛋白质不稳定并可能导致各种临床副作用。与之相比Grp94选择性抑制剂具有更有利的安全性和更多的临床潜力，选择性抑制剂的开发引起了更多的关注。尽管四种Hsp90同种型之间具有高序列和结构同源性，但Grp94的5-氨基酸（QEDGQ）插入导致存在Grp94特异性疏水口袋位点2和位点3，其可用于设计Grp94选择性抑制剂。
迄今为止，已经开发了三类Grp94选择性抑制剂。
嘌呤（PU）类化合物如NECA、PU-H54、PU-WS13；基于间苯二酚的Grp94选择性抑制剂如Radamide（RDA）、BnIm、KUNG29；含苯甲酰胺的Grp94选择性抑制剂如ACO1。
然而整体而言此三类选择性抑制剂对Grp抑制活性的改善效果差、选择性较弱。设计和开发一系列新型高活性及选择性的Grp94抑制剂是我们的研究方向。
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