科研動態(tài)|坪山中心使用新型穩(wěn)定二硫鍵實現(xiàn)高選擇性靶點標記和藥物釋放

近日，深圳灣實驗室坪山生物醫(yī)藥轉(zhuǎn)化中心李子剛/尹豐課題組在《ACS Chemical Biology》雜志發(fā)表了題為“Chemo-selective Cys-Pen disulfide for proximity-induced cysteine cross-linking”的研究論文。該論文描述了一種使用 Cys-Pen 二硫鍵進行鄰近誘導(dǎo)靶向半胱氨酸的交聯(lián)策略，這種新策略為設(shè)計針對疾病相關(guān)蛋白

圖1 Cys-Pen以臨近誘導(dǎo)共價方式靶向靶標的示意圖

眾所周知，富含二硫鍵結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)是有價值的藥理學(xué)工具抑或是治療劑。此外，配體誘導(dǎo)的偶聯(lián)策略為新型共價藥物在效力、選擇性和作用持續(xù)時間方面提供了潛在優(yōu)勢。通過硫醇-二硫鍵交換將豐富的富含二硫鍵的結(jié)構(gòu)庫和配體誘導(dǎo)的偶聯(lián)物結(jié)合起來，將為開發(fā)位點特異性共價抑制劑提供巨大的好處。Cys-Cys二硫鍵在內(nèi)源性還原環(huán)境中本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，而Cys-Pen二硫鍵表現(xiàn)出令人滿意的穩(wěn)定性。本論文研究之初設(shè)想 Cys-Pen二硫鍵是一種潛在的配體誘導(dǎo)的共價鍵合彈頭，這種二硫鍵可以與配體結(jié)合位點附近的蛋白質(zhì)半胱氨酸重建，形成新的二硫鍵。為了評估該設(shè)計，論文選擇了PLCγ1-c SH2和 RGS3-PDZ作為模型蛋白進行了驗證。兩種蛋白都被含有Cys-Pen二硫鍵的配體成功修飾，并在蛋白質(zhì)和配體之間形成了新的二硫鍵。隨后的深入實驗也證明了新的二硫鍵是配體的Pen和配體結(jié)合位點附近的蛋白質(zhì)Cys之間所形成的二硫鍵。為了進一步在較為復(fù)雜的體系中驗證Cys-Pen二硫鍵作為共價彈頭的可行性，論文嘗試設(shè)計并合成了系列靶向HDAC4催化口袋附近的“CCHC”鋅離子結(jié)構(gòu)域的含有Cys-Pen二硫鍵的多肽抑制劑，而這些抑制劑表現(xiàn)出了令人滿意的選擇性和抑制作用，進一步證實了該二硫鍵作為新型半胱氨酸共價交聯(lián)彈頭的價值。

圖2 靶向HDAC4的Cys-Pen多肽抑制劑的設(shè)計策略以及驗證實驗

此外，值得一提的是，與傳統(tǒng)的共價反應(yīng)彈頭相比，這里描述的Cys-Pen二硫鍵具有幾個重要的優(yōu)點：

(1)它可以耐受高濃度的 GSH 和 Trx，能有效地實現(xiàn)藥物的可控激活；

(2) Pen只與靶向表面附近的Cys反應(yīng)，不能與Lys、Ser、Tyr等氨基酸反應(yīng)，可以避免傳統(tǒng)共價抑制劑的脫靶效應(yīng);

(3) Cys-Pen比Cys-Cys二硫鍵更穩(wěn)定，可有效的提高藥物的穩(wěn)定性。

該策略的適用性已在兩種重要的疾病相關(guān)蛋白中得到說明。

由于Cys-Pen二硫鍵的穩(wěn)定性相對較高，因此此前研究未考慮將其作為設(shè)計共價抑制劑的彈頭，本論文首次利用Cys-Pen二硫鍵作為共價彈頭，將為設(shè)計毒性較小的共價藥物分子提供了一種很有前景的彈頭，該彈頭也將適用于許多小分子藥物。此外，Cys-Pen二硫鍵可能為探索現(xiàn)有藥物的更多潛力提供新的視角，例如泛HDAC抑制劑FK228。

本文通訊作者為深圳灣實驗室坪山生物醫(yī)藥研發(fā)轉(zhuǎn)化中心執(zhí)行主任李子剛教授和尹豐研究員，北大深研院博士生詹美苗完成了實驗的主要部分，坪山中心的王蕊博士，葉宇鑫博士，梁明嬋以及蔣晨然博士，北大深研院的劉志宏博士，博士生劉娜，章亦弛亦對本論文做出了重要貢獻。論文得到了國家自然科學(xué)基金，國家重點研發(fā)計劃“合成生物學(xué)”重點專項，廣東省自然科學(xué)基金，深圳市科技創(chuàng)新委員會，深港腦科學(xué)研究所-深圳基礎(chǔ)研究機構(gòu)，深圳灣實驗室重大計劃和深圳灣實驗室開放計劃的支持。

全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acschembio.2c00083

李子剛課題組主頁：https://scbb.pkusz.edu.cn/info/1015/1012.htm

深圳灣實驗室：https://www.szbl.ac.cn/scientificresearch/researchteam/68.html

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撰稿 | 北大深研院詹美苗

編輯 | 邱天

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