斯克里普斯研究所的研究人员通过结合两种蛋白质分析方法，利用专门设计的立体探针准确识别关键癌症蛋白质及其相互作用位点，从而改进了癌症治疗策略。这种方法可能带来更有针对性和更有效的癌症治疗方法。

化学蛋白质组学方法 (ABPP) 识别出一种立体探针，它与细胞周期蛋白 MAD2L1BP 中的半胱氨酸相互作用，并破坏其与其他蛋白质的相互作用。破坏这种蛋白质复合物会延迟癌细胞的细胞分裂。图片来源：斯克里普斯研究所

斯克里普斯研究中心的科学家利用双重蛋白质图谱方法，发现了即将推出的抗癌药物可能针对的新蛋白质。

有效对抗癌症通常需要阻止癌细胞的增殖，而这取决于了解这些细胞生存所需的蛋白质。蛋白质分析在这一努力中至关重要，因为它使研究人员能够精确定位未来药物应该针对的蛋白质及其特定成分。然而，以前的方法在单独使用时缺乏识别所有可能的蛋白质靶点所需的精确度，导致一些蛋白质被忽略。

现在，通过结合两种蛋白质分析方法，斯克里普斯研究所的化学家团队绘制了 300 多种小分子反应性癌症蛋白质及其小分子结合位点。揭示关键蛋白质靶点，当用某些化学化合物（或小分子）破坏时，癌细胞生长会停止，最终可能有助于开发更有效、更精确的癌症治疗方法。该研究结果于 2024 年 8 月 13 日发表在《自然化学》上。

“一种方法让我们大致了解哪些蛋白质与化学物质相互作用，第二种方法则准确地显示了这些相互作用发生的地点，”共同资深作者、斯克里普斯研究中心诺顿 B. 吉卢拉生物学和化学主席本杰明·克拉瓦特 (Benjamin Cravatt) 博士说。

这两种方法都是基于活性的蛋白质分析 (ABPP) 的形式，这是 Cravatt 首创的一种技术，用于在全球范围内捕获蛋白质活性。研究小组使用他们的双重方法来标记与立体探针库相互作用的蛋白质和蛋白质位点——立体探针是一种旨在以选择性方式永久结合蛋白质的化合物。立体探针用于研究蛋白质功能和识别可能的药物靶点。

“我们刻意设计了立体探针，使其具有药物研发中常用化合物中通常缺乏的化学特征，”共同资深作者、斯克里普斯研究所化学系研究员 Bruno Melillo 博士指出：“这一策略增加了我们做出能够推动生物学发展并最终改善人类健康的发现的机会。”

研究团队的立体探针是亲电性的，这意味着它们被设计成不可逆地与蛋白质结合——特别是与半胱氨酸结合。这种氨基酸在蛋白质中普遍存在，包括癌细胞中的蛋白质，它有助于形成重要的结构键。当化学物质与半胱氨酸发生反应时，它们会破坏这些键并导致蛋白质发生故障，从而干扰细胞生长，许多抗癌药物不可逆地与蛋白质上的半胱氨酸结合。

“我们还关注半胱氨酸，因为它是最亲核的氨基酸。”第一作者 Evert Njomen 博士说，他是斯克里普斯研究中心的 HHMI Hanna H. Gray 研究员和 Cravatt 实验室的博士后研究员。

为了找出哪些特定蛋白质会与立体探针结合，研究小组采用了一种称为蛋白质导向 ABPP 的方法。通过这种方法，研究人员发现了 300 多种与立体探针化合物发生反应的单个蛋白质。但他们仍然想深入挖掘并确定反应的精确位置。

第二种方法称为半胱氨酸定向 ABPP，它精确地定位了立体探针与蛋白质的结合位置。这使得研究小组能够“放大”特定的蛋白质口袋，并检查其中的半胱氨酸是否与立体探针发生反应，类似于聚焦于拼图板上的单个点以查看特定拼图块是否合适。

每个立体探针分子都有两个主要组成部分：结合部分和亲电部分。一旦结合部分识别出癌细胞蛋白质口袋，立体探针分子就有望进入——就像钥匙需要插入锁中一样。当立体探针停留在对癌细胞功能至关重要的口袋中时，它会阻止蛋白质与其他蛋白质结合——最终阻止细胞分裂。

“通过针对细胞周期中这些非常具体的阶段，有可能减缓癌细胞的生长，”Njomen 说：“癌细胞会停留在几乎两个细胞的状态，而人体的免疫系统会检测到它有缺陷并指示它死亡。”

识别对癌细胞生存至关重要的精确蛋白质区域可以帮助研究人员开发更有针对性的治疗方法来阻止细胞增殖。

该团队的其他重要发现包括证实他们的双管齐下的方法比单一方法更准确地描绘出蛋白质立体探针的反应性。

“我们一直都知道这两种方法都有缺点，但我们不知道只使用一种技术会丢失多少信息，”Njomen 说：“令人惊讶的是，当我们使用一个平台而不是另一个平台时，大量的蛋白质靶标被遗漏了。”

研究团队希望他们的研究结果有朝一日能为针对细胞分裂的新型癌症疗法提供参考。与此同时，Njomen 希望设计新的立体探针库，以发现与癌症以外的疾病（包括炎症性疾病）有关的蛋白质口袋。

“许多蛋白质与疾病有关，但我们没有立体探针来研究它们，”Njomen 强调：“展望未来，我希望找到更多可用于药物研发的蛋白质口袋。”

参考文献：Evert Njomen、Rachel E. Hayward、Kristen E. DeMeester、Daisuke Ogasawara、Melissa M. Dix、Tracey Nguyen、Paige Ashby、Gabriel M. Simon、Stuart L. Schreiber、Bruno Melillo 和 Benjamin F. Cravatt 撰写的“癌细胞中色氨酸丙烯酰胺-蛋白质相互作用的多层化学蛋白质组学图谱”，2024 年 8 月 13 日，《自然化学》。DOI：10.1038/s41557-024-01601-1

这项工作和参与的研究人员得到了美国国立卫生研究院(U19 AI142784 和 R35 CA231991)、英国癌症研究中心 (CGCATF-2021/100012 和 CGCATF-2021/100021)、美国国家癌症研究所 (OT2CA278688 和 OT2CA278692)、霍华德休斯医学研究所 Hanna H. Gray 奖学金 (NGT15176)、Jane Coffin Childs 纪念奖学金和 Vividion Therapeutics 的资助。

来源：斯克里普斯研究所

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