新技术利用修饰氨基酸合成可做药物用途的稳定多肽

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生物通讯：两位Johns Hopkins大学的研究人员发明了一种简单有效的方法来制备数以百万计的用于药物研发的多肽，这一方法克服了目前建立和筛选庞大的超短链蛋白库的主要障碍。开发这一新技术的在读博士后Merryman博士表示，这个技术极大的增加了所能建立的多肽库的复杂性，并且大大加快肽库的构建和筛选的速度。一个下午的时间，研究人员就可以制备出数以百万计有潜在医药价值的不同的多肽。

少于40个氨基酸的多肽通常是作为体内重要的信史或者激素存在。但是由于氨基酸快速循环代谢，由20种天然存在的氨基酸形成的多肽不能稳定存在足够长的时间，因而不能作为医药用途。然而，为每个氨基酸增加一个小小的甲基基团后就使得到的多肽稳定性大大提高到可以作为药物用途，这种用人工修饰氨基酸合成的多肽称为类药物多肽（drug-like peptides）。

研究报告发表在4月19日这一期《化学与生物学杂志》（Chemistry & Biology）上。研究人员提出采用最早在二十世纪八十年代就曾报道过的简单的化学反应，就可以将大量天然形式的氨基酸修饰成为能提高多肽稳定性的甲基化氨基酸。

Merryman博士表示，最困难的是如何对结合在tRNA上的氨基酸进行甲基化(转运RNA，一种在生物合成多肽过程中所需的载体分子)。改进的方法使得可以同时合成超过10的13次方个含有10个氨基酸的稳定多肽。

构建出庞大的肽库并检测库中有潜在医药价值的多肽，这种想法已经酝酿了很长时间，目前为止还不是很可行。所有研究人员建立类药物多肽库的关键步骤还是一样的，利用细胞本身的细胞器来解读遗传信息并合成正确的蛋白。早在二十世纪七十年代，科学家就已经知道，只要人工修饰的氨基酸可以和tRNA结合，合成蛋白的核糖体就可以识别tRNA，同样可以将人工修饰氨基酸串联起来合成多肽。

无论是合成自然还是人工多肽，合成多肽链的过程有很多步骤，包括；RNA和核糖体的复合物——核糖体读出mRNA的三联密码子，允许携带相应氨基酸和互补三联密码子的tRNA进入，使tRNA释放这个氨基酸，将氨基酸加入延伸的多肽链当中。对于建立大型的随机的类药物多肽库来说每一个步骤都存在不同的问题。为了利用这个自然的过程来合成人工多肽，研究人员一直致力构建可以结合到对应tRNA上的人工修饰氨基酸，以便使核糖体在解码mRNA遗传信息时能够用上这些新材料。但是此前还没有人可以同时采用多种人工修饰氨基酸来合成人工多肽，或者同时合成大量完全人工的多肽。

Merryman博士以20种已经结合到对应的tRNA上的天然氨基酸混合物开始，首先用化学反应暂时保护氨基酸裸露的氮原子的一个反应位点，然后是将甲基基团加入其他反应位点上，最后的步骤是用紫外光照射解除在第一步加入的保护基团。结果得到一管的20种天然氨基酸的混合物，这些氨基酸仍然连接在其相应的tRNA上，但是他们中的19种已经带上了重要的甲基基团。脯氨酸没有被甲基化，这是因为一旦它的氮被保护起来，就没有空间给甲基基团了。

“只是个很简单的化学反应，但令人惊讶的是它长期都没有被应用来解决这一问题。”Merryman博士说。“这一过程使得我们能高效并基本上是完全地将天然氨基酸转化成修饰的氨基酸。由于这一过程对所有氨基酸都奏效，你就不必去分别地进行反应然后再去混合，这相应提高了速度。”

Merryman博士和导师Rachel Green博士（分子生物学和遗传学副教授、Howard Hughes Medical Institute副研究员）拥有这个合成过程的美国专利。

要利用这些经过修饰的氨基酸构建人工多肽库，研究人员将这一混合物与核糖体、指定长度（比如说10肽）的随机mRNA序列混合，随机mRNA序列混合物代表20种修饰氨基酸的所有可能的组合。核糖体加工合成多肽库。为了检测多肽库中的有潜在医药价值的多肽，将肽库和研究人员感兴趣的分子混合，例如一个癌症标志物Hedgehog，可以和Hedgehog结合的多肽被吸附而其他无关的多肽被洗掉。利用Merryman设计的行结合在每个多肽上的mRNA标记，就可以有目的扩增被结合的多肽。经过不断的重复上述过程将富集那些有医疗前景的多肽。