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“科”技专栏 | 化学蛋白质组学技术,,,,, ,在细胞中直接鉴定非共价药物结合口袋

颁布日期:2022-11-02 浏览次数:6749

幼分子药物由来已久,,,,, ,在生物体中幼分子与蛋白质之间的相互作用关系(例如靶点占据率,,,,, ,选择性等)是药物结构改进和成药的关键。 。 。。。目前绝大无数生物体内源性活性分子、幼分子药物和天然产品与其靶标蛋白的结合长短共价的,,,,, ,通常以氢键、п-п堆积等作使劲与靶点蛋白结合。 。 。。。

在幼分子药物开发过程中,,,,, ,确定药物与靶点蛋白之间的结合方式至关沉要,,,,, ,一方面有助于理解药物作用机造,,,,, ,另一方面为其后续结构优化提供数据支持。 。 。。。结构生物学技术,,,,, ,蕴含X-ray, cryo-EM, NMR等,,,,, ,已经被宽泛利用于药物结合模型确定中,,,,, ,尤其是高分辨率的药物-蛋白共晶结构,,,,, ,可能极大的援手药物结构优化。 。 。。。然而,,,,, ,一向以来,,,,, ,蛋白质结构解析都是性命科学钻研中的挑战性工作,,,,, ,尤其是GPCR,,,,, ,离子通路等膜蛋白靶点。 。 。。。通常,,,,, ,为了得到蛋白质结构,,,,, ,必要进行蛋白质表白纯化,,,,, ,人为筛选药物和蛋白结晶前提,,,,, ,晶体数据采集和解析等过程,,,,, ,必要大量的功夫和成本投入。 。 。。。

在细胞水平,,,,, ,确定药物和靶点蛋白质的直接作用方式,,,,, ,是药物开发者梦寐以求的事件,,,,, ,预防了蛋白质在纯化过程中结构的迷失以及人为筛选的缓冲系统和高浓度药物-蛋白前提带来的假阳性。 。 。。。

近年来,,,,, ,随着交叉学科技术在生物医药领域的利用与发展,,,,, ,化学蛋白质组学技术在药物靶点发现和结构模型鉴定中大放异彩。 。 。。。

如下图所示,,,,, ,其道理是利器拥有生物活性的光亲和化学探针(与药物分子活性类似),,,,, ,在药物正常使用浓度下,,,,, ,与疾病有关细胞或组织孵育,,,,, ,原位急剧光交联即可将药物分子探针与蛋白质靶点之间的非共价作用转化为共价作用,,,,, ,经过靶点蛋白质富集,,,,, ,酶切开释非建饰肽段,,,,, ,选择性富集药物分子探针建饰肽段,,,,, ,借助于高分辨生物大分子质谱,,,,, ,即可急剧确定肽段信息。 。 。。。


由于化学探针仅能与空间邻近的肽段,,,,, ,即结合口袋左近的肽段产生原位交联,,,,, ,因而,,,,, ,通过该肽段信息不仅可能确定靶点信息,,,,, ,同时可能获得药物结合口袋信息,,,,, ,再借助于分子对接,,,,, ,可能急剧得到药物与靶点蛋白质的结合模型,,,,, ,供后续尝试验证与使用。 。 。。。

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图1 活细胞中,,,,, ,非共价药物的结合口袋发现

近日,,,,, ,乐山大学林圣彩院士与邓贤明教授利用化学蛋白质组学技术揭示了二甲双胍的分子靶点,,,,, ,钻研团队通过对二甲双胍结构刷新,,,,, ,使其拥有光交联位点。 。 。。。利用原位急剧光交联战术和点击化学反映,,,,, ,利用质谱检测,,,,, ,鉴定出PEN2蛋白上与二甲双胍有关的关键活性位点F35和E40。 。 。。。(成就刊已颁发:《Nature》(DOI: 10.1038/s41586-022-04431-8))

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图2 二甲双胍类似物探针捕获及鉴定结合口袋过程

化学蛋白质组学技术加快了细胞内代谢物、天然产品、合成药物等幼分子的靶点钻研和全新药物先导化合物的发现,,,,, ,为幼分子新药研发注入了新的活力,,,,, ,使得原来被以为“不成成药”的蛋白质有了成为新的医治靶点的可能。 。 。。。不休发展的化学蛋白组学技术已经成为了新药研发的壮大助力,,,,, ,提高了药物研发的成功率,,,,, ,将药物开发带入了高速发展的新纪元。 。 。。。

参考文件1.      Chemoproteomics reveals baicalin activates hepatic CPT1 to ameliorate diet-induced obesity and hepatic steatosis. PNAS, 2018, 115, E5896-E5905.2.      Low-dose metformin targets the lysosomal AMPK pathway through PEN2. Nature, 2022, 603, 159-165.

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