PNAS：三年，从基础结构到医疗希望

马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的研究人员将其三年前的分子结构成果更进一步，在alpha-NAGAL酶结构的基础上发现了能用于治疗相关遗传学代谢疾病的“分子伴侣”，为这类疾病首次带来了治疗希望。该研究发表在本期的美国国家科学院院刊PNAS上。

　　

生物通报道：马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的研究人员将其三年前的分子结构成果更进一步，X射线晶体学分子结构研究专家们在alpha-NAGAL酶结构的基础上发现了能用于治疗相关遗传学代谢疾病的“分子伴侣”，为这类疾病首次带来了治疗希望。该研究发表在本期的美国国家科学院院刊PNAS上。

Schindler/Kanzaki症属于一种非常罕见的溶酶体贮积病，世界上每年有7,000至8,000新生儿患这类疾病。目前人们还无法治愈这类疾病，有效的治疗方式也相当少。患有Schindler/Kanzaki症的新生儿体内编码alpha -N-乙酰半乳糖胺酶（alpha-NAGAL）的基因有缺陷，而alpha-NAGAL酶参与了细胞清理有毒分子或底物的循环机制。在正常情况下，alpha-NAGAL在细胞回收中心溶酶体中负责分解含糖底物。如果alpha-NAGAL的功能出现故障，就会使患者出现神经肌肉性问题例如癫痫和肌无力。领导该研究的生化学家Scott Garman说，“有些底物毒性很强，使患有该疾病的新生儿非常虚弱，这些患儿大多会很快夭折。”

在这种疾病中的基因缺陷会使蛋白发生错误折叠，形成不稳定的功能缺陷型alpha-NAGAL酶，从而导致疾病。人们认为可以通过被称为“药物分子伴侣”的小分子来稳定alpha-NAGAL，从而治疗这一疾病。Garman及其同事就成功发现了这样的两个小分子，它们能够促使alpha-NAGA形成正常折叠。

研究显示在体内和体外实验中，糖类似物DGJ和DGJNAc这两种分子伴侣能够使缺陷型alpha-NAGAL酶稳定。研究人员进一步通过生化实验、结晶实验和细胞学实验分析了这两种小分子与酶结合并使其稳定的确切机制。

“人们曾推测使用DGJNAc能够治疗Schindler症，”Garman说。“现在我们首次证实它的确可以做到这一点。研究显示添加DGJNAc能够使细胞中Schindler酶的量增加。2009年我们首次揭示了这种酶的结构，而现在我们发现了能够与之结合并使其稳定的小分子。”

这项研究展示了生化学家对晶体结构成果的深入研究和成功拓展。研究人员通过X射线晶体学技术创建了包括蛋白所有原子的三维图像，分析蛋白如何通过构象改变来完成代谢使命。他们揭示了小分子伴侣与alpha-NAGAL的结合机制，并研究了它们对alpha-NAGAL酶活性、稳定性和细胞定位的影响。

这项研究为人们展示了分子伴侣应用于疾病治疗的巨大潜力。目前，DGJ在人体内使用的安全性已经证实，用DGJ治疗另一种溶酶体贮积病Fabry症的研究已进入第三期临床试验。而在这项新研究的推动下，DGJ和DGJNAc有望被用于治疗Schindler症的患者。研究人员希望这种治疗方式能够尽快得到批准，将DGJ和DGJNAc作为试验性的药物。此外这项研究的成果也有望推动整个溶酶体贮积病的研究进程。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Pharmacological chaperones for human {alpha}-N-acetylgalactosaminidase

Schindler/Kanzaki disease is an inherited metabolic disease with no current treatment options. This neurologic disease results from a defect in the lysosomal α-N-acetylgalactosaminidase (α-NAGAL) enzyme. In this report, we show evidence that the iminosugar DGJNAc can inhibit, stabilize, and chaperone human α-NAGAL both in vitro and in vivo. We demonstrate that a related iminosugar DGJ (currently in phase III clinical trials for another metabolic disorder, Fabry disease) can also chaperone human α-NAGAL in Schindler/Kanzaki disease. The 1.4- and 1.5-Å crystal structures of human α-NAGAL complexes reveal the different binding modes of iminosugars compared with glycosides. We show how differences in two functional groups result in >9 kcal/mol of additional binding energy and explain the molecular interactions responsible for the unexpectedly high affinity of the pharmacological chaperones. These results open two avenues for treatment of Schindler/Kanzaki disease and elucidate the atomic basis for pharmacological chaperoning in the entire family of lysosomal storage diseases.