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【金秋计划】鼠尾草酸直接结合并抑制ERAP1调节抗原加工和递呈

城头变幻大王骑

2024/09/10

中药/天然药检测

内质网氨基肽酶1（ERAP1）的主要功能是在内质网中修剪N端延长的肽前体，这是加工和呈递内源性抗原肽的关键步骤，它们被装载到MHC-I的凹槽中，在细胞表面呈递，激活CD8+T细胞或NK细胞，触发相应的免疫反应。ERAP1的过度活性加剧了相关的自身免疫疾病。此外，ERAP1 的过度活性会破坏肿瘤新抗原肽，导致肿瘤免疫逃逸。鉴于ERAP1在自身免疫疾病和肿瘤免疫逃逸中的关键作用，针对ERAP1功能的抑制将显著减少自身免疫疾病相关的疾病表型，同时也能抑制肿瘤免疫逃逸。因此，开发高效和选择性的ERAP1抑制剂已成为一个重要的药理学研究方向。

通过高通量虚拟筛选结合物理筛选方法，从近200000种化合物中筛选到一种新的ERAP1选择性抑制剂—鼠尾草酸，并证明其与ERAP1有强烈的直接相互作用，通过竞争性抑制结合ERAP1的活性位点抑制其活性，进而抑制内质网应激，保持正常的抗原呈递功能。

1、ERAP1抑制剂的筛选

作者首先通过虚拟筛选从20万个小分子化合物库中确定了对接排名靠前的3250个化合物，并定制了包含这些化合物的实体库用于酶活抑制效率的筛选，最终确定编号为“3?23”的天然产物鼠尾草酸（广泛存在于唇科植物如迷迭香和鼠尾草）对ERAP1的酶活性抑制效果最佳。此外，鼠尾草酸对其他6种氨基肽酶均无明显抑制作用，通过竞争性抑制方式抑制ERAP1活性

2、鼠尾草酸能够直接与ERAP1结合形成稳定的配合物

接着，作者通过生物层干涉测量（BLI）和细胞热移测定法（CETSA）实验确定了鼠尾草酸与ERAP1直接结合，表明鼠尾草酸通过直接结合靶标ERAP1，进而抑制ERAP1活性

3、鼠尾草酸与ERAP1的相互作用模式分析

进一步作者研究了鼠尾草酸与ERAP1的相互作用模式，通过“ERAP1?鼠尾草酸”对接配合物的最佳结构、相互作用能计算和分子动力学模拟等理论方法以及点突变的实验方法，发现“ERAP1 -鼠尾草酸” 结合方式非常稳定，鼠尾草酸占据了ERAP1的催化中心，形成稳定的氢键网络，突变实验表明鼠尾草酸对ERAP1 E183A和Q181A突变体的抑制活性显著减少。此外，鼠尾草酸与ERAP1和ERAP2结合模式存在显著不同

4、鼠尾草酸逆转ERAP1引起的内质网应激反应

ERAP1可通过过度剪切内源性抗原肽导致一系列免疫反应紊乱，如增加错误折叠HLA分子组装的效率导致内质网应激。作者发现ERAP1过表达诱导内质网应激，体现在内质网应激标记蛋白BIP、Chop、CANX显著升高，而鼠尾草酸可抑制ERAP1引起的内质网应激。

5、鼠尾草酸显著减少ERAP1引起的内源性抗原加工和递呈途径的中断

接着，作者评估了鼠尾草酸在细胞水平对抗原呈递功能的影响。Western blot和免疫荧光结果显示，ERAP1过表达导致内质网和细胞表面HLA水平升高，而鼠尾草酸的加入显著地扭转了这一趋势，减少细胞表面显示的额外大量HLA分子，以及减少细胞表面错误组装的HLA的比例，并保持正常的抗原呈递功能

总结

该研究通过高通量虚拟筛选结合物理筛选方法，从近200,000种化合物中筛选出一种结构特异性化合物—鼠尾草酸。作者发现鼠尾草酸在蛋白质和细胞水平上与ERAP1有强烈的直接相互作用，通过竞争性抑制结合 ERAP1 的活性位点，并且对同源蛋白 ERAP2 以及广泛的相关代表性蛋白酶没有抑制活性，从而实现了有效的蛋白酶选择性

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鼠尾草酸是中药材。

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