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Microparticle assisted protein precipitation strategy for drug target screening基于微球辅助的蛋白质沉淀策略的药物靶点筛选研究

蛋白质是生物体内执行生命活动的基本单元，通过与其他分子的结合和解离参与细胞生命活动的每一项进程。针对配体分子与蛋白之间相互作用的研究促进了新药开发、生物标志物发现，有助于我们更深入地理解疾病相关分子机制、细胞信号转导等与人类健康息息相关的生物学问题。多数情况下，药物分子通过与其直接靶蛋白发生特异性结合，调节靶蛋白的结构性质、影响直接结合蛋白和下游蛋白的生物功能，从而起到治疗效果。近年来，基于质谱的蛋白质组学技术飞速发展，推动了配体-蛋白相互作用研究的发展。 目前，包括亲和色谱法和基于活性的蛋白质组分析（ABPP）等的化学蛋白质组学技术是高通量药物靶点筛选的有力工具，但因其需要额外地对小分子药物进行化学衍生，随之亦带来了一系列的问题。因此，发展无需对药物分子进行化学改造的药靶筛选方法是非常有必要的。在过去近20年中，蛋白质组学家联合生物学家发展了一系列药物免修饰（Modification-free）的药物靶蛋白分析方法，可以通过直接测量药物结合后蛋白质性质的特定变化来鉴定药物靶蛋白，如测量蛋白的热稳定性和蛋白酶解敏感性变化。这些蛋白质性质的改变是由于药物结合后，靶蛋白能量状态、蛋白折叠结构等生物物理性质发生了改变。而本实验室使用基于微球辅助的蛋白沉淀策略，发展了一系列的基于质谱的高通量药物靶蛋白筛选方法，对微量生物样品的兼容性好，无需化学改造药物小分子结构，可实现无偏好性的药物靶点筛选，并研究药物在生物体内的作用机制。我们发展的微球辅助的热致沉淀蛋白质组方法（MAPS），从低至20 μg起始蛋白量的微量样品分析中，可鉴定到多种临床药物和模型药物（包括甲氨蝶呤，雷替曲塞，环孢菌素A，SHP099）的靶蛋白。在泛激酶抑制剂星孢菌素模型中，从超过6000个蛋白的定量结果中，筛选到了40个有潜力的候选靶蛋白，其中有32个蛋白为已知的蛋白激酶。我们发展的另一种基于机械力诱导蛋白沉淀的方法，利用机械力诱导蛋白变性沉淀并聚集到微球表面，从而实现靶蛋白筛选。使用该方法结合DIA定量技术，我们分别从K562和Hela细胞系的4159和3837个背景蛋白中筛选到了42和38个星孢菌素潜在靶蛋白。在雷替曲塞的靶蛋白研究中，我们所发展的基于机械力诱导沉淀的方法是首个检测到二氢叶酸还原酶（DHFR）也是雷替曲塞的直接靶蛋白的非化学修饰药靶筛选方法。

271 2021-07-26

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