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化学家和合作者为非禁忌药物靶标开发了新的药物发现策略

由理学院化学研究室的李晓玉博士领导的研究团队,与重庆大学药学院的李毅舟教授和上海第二军医大学药学院的曹岩教授合作,组成了一个研究小组。开发了一种针对活细胞膜蛋白的新药物发现方法。

膜蛋白在生物学中起着重要的作用,其中许多是高价值的靶标,在制药工业中正在不断追求。李博士团队开发的方法提供了一种有效的方法来发现针对膜蛋白的新型配体和抑制剂,而这些膜配体和抑制剂仍然是传统方法所难以企及的。该方法的开发及其应用现在已发表在《自然化学》上,这是由自然出版集团(NPG)发表的著名化学期刊。

背景

细胞表面的膜蛋白具有多种生物学功能,这些功能对于细胞和生物的生存至关重要。毫不奇怪,许多人类疾病与膜异常有关蛋白质功能。实际上,膜蛋白占所有FDA批准的小分子药物靶标的60%以上。单独的G蛋白偶联受体(GPCR)超家族,作为最大的细胞表面受体,是所有临床药物中约34%的目标。然而,尽管具有重要意义,但针对膜蛋白的药物开发仍然面临着巨大的挑战,这主要是由于其天然栖息地的特殊特性:细胞膜。此外,膜蛋白也难以以分离的形式进行研究,因为它们往往会失去必需的细胞特征并可能失活。实际上,长期以来,膜蛋白一直被认为是制药行业中一种“不可药物”的靶标。

近年来,DNA编码化学文库(DEL)出现并成为一种强大的药物筛选技术。为了简化,我们可以使用图书库为例。在图书馆中,每本书都用目录号编入索引,并在书架上的特定位置进行空间编码。类似地,在DEL中,每种化合物化合物带有独特的DNA标签,该DNA标签用作记录化合物结构信息的“目录号”。通过DNA编码,可以将所有文库化合物混合在一起,同时针对目标物进行筛选,以发现可以调节目标物生物学功能的化合物,例如抑制在恶性肿瘤中异常活跃的蛋白质。DEL可能包含惊人数量的测试化合物(数十亿甚至数万亿),并且DEL筛选可以在常规化学实验室中仅几个小时内进行。如今,DEL已被全球几乎所有主要制药行业广泛采用。然而,DEL在询问活细胞上的膜蛋白方面也遇到了重大困难。

2个主要发现:跟踪和提升

为了使DEL在活细胞上的应用,团队克服了两个障碍。首先,细胞表面不是像气球一样的光滑凸面形状。它具有数百种具有崎topology拓扑结构的不同生物分子,非常复杂;因此,在细胞表面定位所需的靶标就像在茂密的热带森林中找到一棵树。该团队通过使用他们先前开发的一种方法克服了这种“靶标特异性”问题:DNA程序亲和标记(DPAL)。该方法利用了一种基于DNA的探针系统,该系统可以将DNA标签特异性地递送至活细胞上所需的蛋白质,而DNA标签则充当指引目标特异性DEL筛选的信标。换句话说,该团队首先在目标上安装了“跟踪器”以实现筛选特异性。

第二个挑战是目标丰度。通常,膜蛋白以纳摩尔至低微摩尔浓度存在,这远低于捕获文库中数十亿非结合剂中极小部分结合剂所需的高微摩尔浓度。为了解决这个问题,研究小组采用了一种新的策略,即利用靶标蛋白和实际文库上DNA标签中的互补序列,使文库可以与靶标杂交,从而“提高”靶标蛋白的有效浓度。 。换句话说,“跟踪器”不仅可以帮助图书馆定位目标,还可以产生一种吸引力,使图书馆集中在目标周围,而不会受到非约束性人群的干扰。

在该出版物中,研究小组报告了他们详细的方法开发方法,并且还通过针对叶酸受体(FR),碳酸酐酶12(CA-12)和表皮筛选了3042万化合物的文库,证明了该方法的一般性和性能。活细胞上的生长因子受体(EGFR)都是抗癌药物发现的重要目标。该方法有望广泛应用于许多膜蛋白。例如,可以在活细胞环境中重新研究经典的药物靶标,例如GPCR和离子通道,以利用DEL的功能来识别新的药物发现机会。

“我们希望这种方法的实用性不仅限于药物发现,还包括在学术研究中探索具有挑战性的生物系统,例如寡聚膜蛋白复合物和细胞间通讯,”李小玉博士说。

重庆大学的共同通讯作者李宜州教授说:“这种方法具有促进膜蛋白药物发现的潜力,并具有来自DNA编码化学文库的庞大而复杂的化学多样性。” 来自上海第二军医大学的通讯作者曹岩教授补充说:“这项技术是表征配体-靶标相互作用的有效工具;它将为高通量筛选方法的发展提供新的思路,从而有利于捕捞。靶向膜蛋白的配体。”

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