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【大浪淘沙始见金】蛋白质组学技术在药物靶点筛选中的应用

2023-10-26 00:00:00

药物靶点研究是药物研究领域的重要课题之一。绝大多数的药物靶点是具有特定生理功能的蛋白质,如酶和受体等。由于蛋白质组数据库庞大,很多的药物靶点尚可挖掘,因此蛋白质组学技术在药物靶点的发现和验证中极为重要。小编今天为大家介绍其中两种关键技术:热蛋白质组学技术(TPP)和限制性酶解-质谱分析(Lip-MS)在药物靶点发现中的应用。


经过近几年的发展,这两种技术在蛋白质组学中的应用逐渐成熟,相关文章层出不穷。小编列出了TPP和Lip-MS在药物靶点筛选相关应用中的高分文章,为大家提供研究思路。


案例一:TPP发现癫痫发作毒物(Tutin)的作用靶点:钙调神经磷酸酶(CN)

Tutin是一种有毒的天然产物,可引起啮齿动物癫痫发作,常被用作建立急性癫痫发作动物模型的工具。然而,Tutin的分子靶点和毒性机制尚不清楚。2023年3月,中国医学科学院北京协和医学院药物研究所庾石山团队利用热蛋白质组分析技术对Tutin诱发癫痫的靶点进行了研究。研究表明,钙调神经磷酸酶(CN)是tutin的靶点,tutin激活CN,导致癫痫发作,并产生明显的神经损伤。进一步的机制研究发现N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体、γ-氨基丁酸(GABA)受体以及Ca2+激活的K+通道可能参与了相关的信号通路。研究充分阐明了Tutin的惊厥机制,为癫痫的治疗和药物开发提供了新思路。

图1  应用TPP技术检测Tutin的潜在蛋白靶点CN


文章标题:The toxic natural product tutin causes epileptic seizures in mice by activating calcineurin

发表杂志:Signal Transduction and Targeted Therapy

影响因子:38.1


案例二:TPP发现雷公藤红素治疗脓毒症炎症的靶点:PKM2,HMGB1

脓毒症涉及危及生命的器官功能障碍,由宿主对感染的反应失调引起。尚无针对脓毒症的特异性治疗报告。雷公藤红素(Cel)是一种天然抗炎化合物,具有对抗全身炎症性疾病的潜力。2022年5月,中国中医科学院青蒿素研究中心王继刚团队利用热蛋白质组学等方法研究了Cel在内毒素血症和败血症模型中的药理活性和分子机制。该研究首先评估了Cel对内毒素血症和败血症的抗炎功效,然后使用基于活性的蛋白质分析筛选了Cel的潜在蛋白质靶标,并利用热蛋白质组学分析和表面等离子体共振(SPR)等生物物理方法对潜在靶点进行验证,发现Cel通过靶向PKM2和HMGB1蛋白抑制脓毒症炎症和Warburg效应。

图2  应用TPP技术验证雷公藤红素治疗脓毒症炎症的靶点的蛋白靶点PKM2


文章标题:Celastrol mitigates infammation in sepsis by inhibiting the PKM2-dependent Warburg efect

发表杂志:Military Medical Research

影响因子:34.9


案例三:TPP发现酰基辅酶A合成酶10作为治疗恶性疟原虫感染的靶点

2023年3月,哈佛大学的研究团队将三种结构上无关的新型抗疟化合物用于恶性疟原虫无性血期寄生虫的治疗,并对耐药寄生虫系进行全基因组序列分析,等位基因替换和热蛋白质组分析验证化合物的靶点。该研究鉴定了恶性疟原虫酰基辅酶A合成酶(ACS)基因PfACS10和PfACS11中的多个突变。通过条件敲低证明这种蛋白质对寄生虫生长至关重要,并观察到表达减少时寄生虫的化合物敏感性增加。抑制PfACS10导致三酰基甘油的减少及其脂质前体的积累,为其功能提供了关键的见解。对PfACS11基因及其突变的分析表明,通过降低蛋白质稳定性在介导耐药性方面发挥作用。

图3  TPP发现疟原虫治疗药物靶点


文章标题:Potent acyl-CoA synthetase 10 inhibitors kill Plasmodium falciparum by disrupting triglyceride formation

发表杂志:Nature Communication

影响因子:16.6


案例四:TPP发现木藜芦烷毒素治疗神经性疼痛的靶点

神经性疼痛是一种慢性疾病,严重影响患者的生活和情绪状态,但目前可用的治疗方法通常无效。迫切需要缓解神经性疼痛的新治疗靶点。木藜芦烷毒素是一种来自杜鹃花的灰色毒素,在神经性疼痛模型中有显著的镇痛功效,但其生物靶标和机制尚不清楚。2023年3月,中国医学科学院北京协和医学院药物研究所的研究团队对大鼠背根神经节进行了热蛋白质组分析,确定NSF为关键靶点,其通过NSF靶向Cav2.2通道,起到镇痛作用。

图4 TPP发现木藜芦烷毒素治疗神经性疼痛的靶点


文章标题:Rhodojaponin VI indirectly targets Cav2.2 channels via N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein to alleviate neuropathic pain

发表杂志:Acta Pharm Sin B

影响因子:11.4


案例五:TPP确定氯喹的抗疟靶点

疟疾是一种毁灭性的传染病,对发展中的国的数亿人造成巨大威胁。在抗疟运动史上,氯喹(CQ)发挥了不可或缺的作用,然而,其作用机制(MoA)尚不完全清楚。2022年6月,中国中医科学院中药研究所的研究团队基于活性的蛋白质分析和热蛋白质组学分析确定了CQ的靶点。该研究首先利用基于活性的蛋白质分析鉴定了总共40种与CQ特异性相互作用和光交联的蛋白质,然后利用热蛋白质组学分析在3375个寄生虫蛋白中,进一步确定了8种蛋白质作为两种方法均能识别的靶点蛋白。

图5  TPP确定氯喹的抗疟靶点


文章标题:Identification of antimalarial targets of chloroquine by a combined deconvolution strategy of ABPP and MS-CETSA

发表杂志:Mil Med Res

影响因子:21.1


案例六:TPP确定SU086治疗前列腺癌的靶点

前列腺癌是男性癌症相关死亡的第二大原因,晚期疾病仍然是主要的临床挑战。2022年2月,斯坦福大学的研究团队发现SU086抑制体外前列腺癌细胞,然后通过热蛋白质组学分析发现SU086与热休克蛋白90(HSP90)结合并导致HSP90水平降低。

图6 TPP确定SU086治疗前列腺癌的靶点


文章标题:SU086, an inhibitor of HSP90, impairs glycolysis and represents a treatment strategy for advanced prostate cancer

发表杂志:Cell Rep Med

影响因子:14.3


案例七:TPP发现癌症靶点

鉴定生物活性化合物的分子作用机制(MoA)是药物开发的关键步骤,但尽管技术近期取得了进步,但仍然是一项具有挑战性的任务。2020年4月,瑞典卡罗林斯卡学院的研究团队利用热蛋白质组分析发现三种化合物靶向mRNA加工和转录,从而攻击癌症易感性,并建议同时靶向RNA加工和DNA修复途径的联合治疗作为有效的癌症疗法。

图7 TPP发现癌症靶点


文章标题:Thermal Proteome Profiling Identifies Oxidative-Dependent Inhibition of the Transcription of Major Oncogenes as a New Therapeutic Mechanism for Select Anticancer Compounds

发表杂志:Cancer Res

影响因子:11.2


案例八:TPP发现 Auranofin治疗癌症的靶点

Auranofin(Ridaura®)于1985年被批准用于治疗类风湿性关节炎。由于目前正在进行几项临床试验,以重新利用 Auranofin进行癌症治疗,因此全面表征其在癌细胞中的靶标和作用非常重要。2020年5月,瑞典卡罗林斯卡学院的研究团队使用热蛋白质组分析等方法揭示其靶标,确认硫氧还蛋白还原酶1(TXNRD1),是主要的Auranofin靶标,氧化还原酶途径的扰动是药物作用的主要机制。

图8  TPP发现 Auranofin治疗癌症的靶点


文章标题:Comprehensive chemical proteomics for target deconvolution of the redox active drug auranofin

发表杂志:Redox Biol

影响因子:11.4


案例九:TPP确定VioA治疗白血病的靶点

治疗癌症需要新的靶点。几十年来,天然产品通过探究不同的途径来指导创新疗法。VioprolideA-D具有强大的细胞毒性生物活性。2020年1月,德国慕尼黑工业大学研究团队通过热蛋白质组分析破译了Jurkat细胞中较活跃的衍生物Vioprolide A(VioA)的靶蛋白,发现核仁蛋白14(NOP14)在核糖体生物发生中必不可少,并通过一系列蛋白质组学和生物学后续实验被证实为VioA的特异性靶标。

图9  TPP确定VioA治疗白血病的靶点


文章标题:The Cytotoxic Natural Product Vioprolide A Targets Nucleolar Protein 14, Which Is Essential for Ribosome Biogenesis

发表杂志:Angew Chem Int Ed Engl

影响因子:16.6


案例十:TPP确定双铂复合物的抗肿瘤靶点

具有独特作用模式的新型抗癌铂化合物是对抗耐药性和提高临床使用的铂类化疗疗效的替代品。2019年8月,香港大学的研究团队利用热蛋白质组学分析等方法发现一种抗肿瘤双(NHC)铂(II)复合物,将天冬酰胺合成酶作为抗癌靶标。

图10  TPP确定抗肿瘤双铂复合物的靶点


文章标题:An Antitumor Bis(N-Heterocyclic Carbene)Platinum(II) Complex That Engages Asparagine Synthetase as an Anticancer Target

发表杂志:Angew Chem Int Ed Engl

影响因子:16.6


案例十一:LiP-MS发现结直肠癌治疗化合物的靶点

结直肠癌(CRC)是世界上常见的恶性肿瘤之一,患病率高,5年生存率低。大多数CRC患者表现出Wnt/β-Catenin信号通路的过度激活,这是CRC治疗的重要靶点。2022年12月,广州医科大学附属第五医院的研究团队基于不同核表达β‐catenin的多个结直肠癌细胞系进行小分子筛选,从280种生物活性化合物组成的小分子库中鉴定出NU2058,然后利用LiP-MS技术寻找作用靶点,Ran结合蛋白3(RanBP3)被确定为NU2058的直接靶标。

图11 LiP-MS发现结直肠癌治疗化合物的靶点


文章标题:Blockade of Nuclear β-Catenin Signaling via Direct Targeting of RanBP3 with NU2058 Induces Cell Senescence to Suppress Colorectal Tumorigenesis

发表杂志:Advanced Science

影响因子:15.1


案例十二:LiP-MS发现金丝桃素(HPF)抑制肥胖的靶点

刺激脂肪组织产热被认为是治疗肥胖症的一种有希望的途径。2021年3月,上海交通大学附属第六人民医院的研究团队通过LiP-MS等方法发现植物化学物质金丝桃素通过Dlat-AMPK信号轴触发脂肪组织中的产热,以抑制肥胖。该研究首先使用CMap方法确定了金丝桃素(HPF)作为抗肥胖剂,然后使用LiP-MS结合微型热泳测定和分子对接分析发现HPF通过Ucp1依赖性途径刺激AMPK和PGC-1α,有效地促进了产热,确认二氢脂酰胺S-乙酰转移酶(Dlat)是HPF的直接分子靶标。

图12 LiP-MS发现金丝桃素(HPF)抑制肥胖的靶点


文章标题:The phytochemical hyperforin triggers thermogenesis in adipose tissue via a Dlat-AMPK signaling axis to curb obesity

发表杂志:Cell Metab

影响因子:29.0


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【参考文献】


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4 Chen K, Wang T, Li Y, et al. Rhodojaponin VI indirectly targets Cav2. 2 channels via N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein to alleviate neuropathic pain[J]. Acta Pharmaceutica Sinica B, 2023, 13(3): 1326-1336.

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12 Chen S, Liu X, Peng C, et al. The phytochemical hyperforin triggers thermogenesis in adipose tissue via a Dlat-AMPK signaling axis to curb obesity[J]. Cell Metabolism, 2021, 33(3): 565-580. e.


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