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科研动态|坪山中心使用新型稳定二硫键实现高选择性靶点标记和药物释放

科研动态|坪山中心使用新型稳定二硫键实现高选择性靶点标记和药物释放

    近日,深圳湾实验室坪山生物医药转化中心李子刚/尹丰课题组在《ACS Chemical Biology》杂志发表了题为“Chemo-selective Cys-Pen disulfide for proximity-induced cysteine cross-linking”的研究论文。该论文描述了一种使用 Cys-Pen 二硫键进行邻近诱导靶向半胱氨酸的交联策略,这种新策略为设计针对疾病相关蛋白半胱氨酸侧链的共价抑制剂提供了富有前景的化学选择性弹头。

图1 Cys-Pen以临近诱导共价方式靶向靶标的示意图

 

    众所周知,富含二硫键结构的化学物质是有价值的药理学工具抑或是治疗剂。此外,配体诱导的偶联策略为新型共价药物在效力、选择性和作用持续时间方面提供了潜在优势。通过硫醇-二硫键交换将丰富的富含二硫键的结构库和配体诱导的偶联物结合起来,将为开发位点特异性共价抑制剂提供巨大的好处。Cys-Cys二硫键在内源性还原环境中本质上是不稳定的,而Cys-Pen二硫键表现出令人满意的稳定性。本论文研究之初设想 Cys-Pen二硫键是一种潜在的配体诱导的共价键合弹头,这种二硫键可以与配体结合位点附近的蛋白质半胱氨酸重建,形成新的二硫键。为了评估该设计,论文选择了PLCγ1-c SH2和 RGS3-PDZ作为模型蛋白进行了验证。两种蛋白都被含有Cys-Pen二硫键的配体成功修饰,并在蛋白质和配体之间形成了新的二硫键。随后的深入实验也证明了新的二硫键是配体的Pen和配体结合位点附近的蛋白质Cys之间所形成的二硫键。为了进一步在较为复杂的体系中验证Cys-Pen二硫键作为共价弹头的可行性,论文尝试设计并合成了系列靶向HDAC4催化口袋附近的“CCHC”锌离子结构域的含有Cys-Pen二硫键的多肽抑制剂,而这些抑制剂表现出了令人满意的选择性和抑制作用,进一步证实了该二硫键作为新型半胱氨酸共价交联弹头的价值。

图2 靶向HDAC4的Cys-Pen多肽抑制剂的设计策略以及验证实验

 

    此外,值得一提的是,与传统的共价反应弹头相比,这里描述的Cys-Pen二硫键具有几个重要的优点:

    (1)它可以耐受高浓度的 GSH 和 Trx,能有效地实现药物的可控激活; 

    (2) Pen只与靶向表面附近的Cys反应,不能与Lys、Ser、Tyr等氨基酸反应,可以避免传统共价抑制剂的脱靶效应;

    (3) Cys-Pen比Cys-Cys二硫键更稳定,可有效的提高药物的稳定性。

该策略的适用性已在两种重要的疾病相关蛋白中得到说明。

    由于Cys-Pen二硫键的稳定性相对较高,因此此前研究未考虑将其作为设计共价抑制剂的弹头,本论文首次利用Cys-Pen二硫键作为共价弹头,将为设计毒性较小的共价药物分子提供了一种很有前景的弹头,该弹头也将适用于许多小分子药物。此外,Cys-Pen二硫键可能为探索现有药物的更多潜力提供新的视角,例如泛HDAC抑制剂FK228。

 

    本文通讯作者为深圳湾实验室坪山生物医药研发转化中心执行主任李子刚教授和尹丰研究员,北大深研院博士生詹美苗完成了实验的主要部分,坪山中心的王蕊博士,叶宇鑫博士,梁明婵以及蒋晨然博士,北大深研院的刘志宏博士,博士生刘娜,章亦弛亦对本论文做出了重要贡献。论文得到了国家自然科学基金,国家重点研发计划“合成生物学”重点专项,广东省自然科学基金,深圳市科技创新委员会,深港脑科学研究所-深圳基础研究机构,深圳湾实验室重大计划和深圳湾实验室开放计划的支持。

 

全文链接:https://doi.org/10.1021/acschembio.2c00083

李子刚课题组主页:https://scbb.pkusz.edu.cn/info/1015/1012.htm

深圳湾实验室:https://www.szbl.ac.cn/scientificresearch/researchteam/68.html

深圳湾实验室招聘https://www.szbl.ac.cn/careers/recruitment/

深圳湾实验室坪山生物医药研发转化中心招聘:http://www.szbl.ac.cn/careers/recruitment/?unit=10

 

撰    稿 | 北大深研院 詹美苗

编    辑 | 邱天

 
 

 

 

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