Nature发布突破性蛋白质新技术

　　

生物通报道  斯克里普斯研究所(TSRI)的科学家们开发出了一种强大的新方法来寻找结合特定蛋白质的候选药物。

发表在本周《自然》（Nature）杂志上的这种新方法是一个重大的进展，它可以同时应用于大量的蛋白质，甚至直接应用于自然细胞环境中成千上万不同的蛋白质。一些小分子可以用来确定它们靶蛋白的功能，并可充当药物开发的起始复合物。TSRI的研究人员证实这一技术为许多过去认为无法很好结合这些小分子的蛋白质找到了“配体”（结合伴侣蛋白）。

在新发现的配体中有一些是两个caspase酶的选择性抑制剂，这两个caspase酶在多种疾病中起重要作用，然而一直以来无法采用药物来靶向它们。

项目负责人、Dorris神经科学中心和Skaggs化学生物学研究所成员、化学生理学系教授Benjamin F. Cravatt说：“我们的数据表明，人类蛋白质组能够相比先前所认识的更广泛地被小分子靶向。这为开发出一些科学探针和药物开辟了新的可能性。”

Cravatt近年在蛋白质研究中取得不少重大的成果。2008年，Cravatt领导研究人员不仅在世界上率先展开了蛋白质活性表达谱（ABPP)的绘制工作，而且在Cell杂志上公布了一个全面的，有效的蛋白质组学研究平台，可以直接观察到蛋白水解全部过程，研究人员利用这一技术获得了由天然细胞凋亡途径诱导的蛋白质组范围内的蛋白水解事件的图谱（Cell：细胞凋亡蛋白水解图谱 ）。

2012年，Cravatt和斯克里普斯研究所的科学家们绘制出了细胞中两种最重要的蛋白质修饰类型的图谱，揭示了在凋亡这一重要细胞过程中它们之间广泛的协同作用。相关论文发表在Cell杂志上（Cell重要成果：绘制凋亡蛋白质组图谱）。

脂质在生理和病理过程中起到了核心作用，包括一些维生素（A、D、E）、激素（雌激素、睾酮）、神经递质（内源性大麻素）和脂肪成分（甘油三脂、胆固醇）。脂质主要通过与蛋白质互作发挥自己的功能，2015年，Cravatt开发出了研究这种互作的强大技术，相关论文发表在Cell杂志上（Cell：蛋白质生物学的新大陆 ）。

利用片段

长期以来，研究人员一直在寻找更好的方法鉴别人类蛋白质的小分子配体及确定我们细胞中的哪些蛋白质是天生“可配对的”。生物学家们通常采用复杂的计算机算法来预测一类指定的蛋白质能否充分结合小分子。药物研究人员通常不会去尝试开发一些药物来靶向人们认为不可配对的蛋白质。几个大的蛋白质类型被认为归于这类，到目前为止在大约2万种人类蛋白质中只有大约600种已被FDA批准的药物成功靶向。

免费索取默克密理博Stericup & Steritop 无菌过滤装置资料，实现高流量、高通量、高特异性蛋白质吸附

新方法部分基于一种称作为片段配体发现的方法，利用了大约是丸药中一些小分子一半大小的候选配体分子。用于初始筛查寻找潜在配体，这样的“片段”分子比药物大小的分子要更高效，实现彻底筛查需要更小的化合物库。

Cravatt研究小组将候选片段分子附着到一类其他的分子上，当它们靠得足够近时，可与蛋白质上的半胱氨酸有力反应，以很强的“共价”键将配体锁定到这些蛋白质上。

科学家们设计出了一种筛查系统，在这一系统中他们可以逐一将这些共价键片段分子应用于人类细胞中表达的全部蛋白质。这种方法甚至可用于培养皿中的未受损伤的活细胞。这一系统使得研究人员能够检测并鉴别出哪些小分子片段可以共价结合样本中的哪些蛋白，及蛋白质上对结合负责的特异位点。

将一个半胱氨酸反应片段小文库应用于两种人类癌细胞中的蛋白质，科学家们发现这些片段成功地“配对”了600多种不同蛋白质（相当样本中20%以上的分析蛋白）上的750多种不同的半胱氨酸

其中许多蛋白属于人们一直认为不可配对，因此“无药可及”的蛋白质类型，如转录因子。事实上，大约85%新的可配对蛋白没有列于具有已知小分子配体的蛋白质标准数据库中。

开发探针和药物的潜力

研究人员通过确证它能够鉴别出共价结合抗癌药物ibrutinib的已知靶蛋白，证实了这一系统的精确度。

研究小组还证实，采用这一系统发现的一些蛋白质结合配体分子具有很强的生物活性，因此有潜力被开发为科学探针或药物。例如，新发现的IDH1和 IDH2酶的配体，阻断了正常版本和与癌症有关联的突变版本IDH1和 IDH2的活性。

在最后一组实验中，研究小组证实鉴别出的一个配体抑制了caspase-8和caspase-10的活性，这两种酶可帮助开启称作为凋亡的细胞自毁程序。人们认为过度的凋亡促成了诸如阿尔茨海默氏症和亨廷顿氏症等神经退行性疾病，以及中风之后的脑损伤和其他脑损伤。与之对比，一些细胞丧失凋亡促成了癌症和自身免疫性疾病。然而，科学家们尚未充分了解这些酶的作用，因为一直以来很大程度上无法找到选择性抑制特异caspases的小分子。

在这种情况下，Cravatt研究小组发现他们最初鉴别出的一些抗caspase配体通过结合前体形式的caspase-8和caspase-10来起作用。他们采用化学方法改造这一配体为只选择性结合caspase-8前体的配体，采用他们的两种配体作为探针，发现了caspase-8和caspase-10如何在人类T细胞中促进凋亡的新细节。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Other co-authors of the paper, "Proteome-wide covalent ligand discovery in native biological systems," were Kenneth M. Lum, Stefano Forli, Benjamin D. Horning, Gonzalo E. González-Páez, Sandip Chatterjee, Bryan R. Lanning, John R. Teijaro, Arthur J. Olson, and Dennis W. Wolan, all of TSRI.