为药物开发结构蛋白质组学的发展是什么意思?

在药物开发,了解复合结合其目标(s)领导的选择和优化是一个重要的一步。一个药物相互作用的深入解剖有助于调查结构活性关系阐明绑定机制,设置复合发展的重要里程碑。

但是这重要的一步也充满了挑战。这是因为当前标准的技术询问药物相互作用,包括核磁共振(NMR)、x射线晶体学,低温电子显微镜(EM)和hydrogen-deuterium交换(HDX),都有很大的局限性。

这些技术,而仪器为研究蛋白质结构和绑定事件,是资源密集型的,昂贵的运行和无效的大型或膜结合蛋白。例如,核磁共振的大小限制在30 kilodaltons (kDa),¹这是远低于最典型的药物靶点的大小。

在大多数情况下,必须重组蛋白纯化和在某些情况下截断或标记为了兼容这些方法。这导致费劲的样品制备和可能会引入构件作为目标蛋白质从其原生环境。

在药物开发,详细了解目标及其生物学是至关重要的,任何不完整或误导性信息稍后在早期阶段可以产生重大的影响。

创新结构蛋白质组学

值得庆幸的是,结构蛋白质组学技术的进步——旨在描述结构蛋白质组的属性原位——提供一个窗口来监控这些前所未有的蛋白质在细胞环境。

瑞士苏黎世联邦理工学院的时候,我曾在一本小说的发展技术结合有限的蛋白水解作用(唇)和定量质谱(MS)的实验室教授Paola Picotti。²唇揭示蛋白质结构变化的接触非特异性蛋白酶和蛋白质组,通过女士,肽来源于这些乳沟事件识别和量化。

由于定量女士进一步发展开创我们的团队Biognosys、自动化和集成的工作流开发使小分子药物靶点的无偏识别复杂的蛋白质组。³自2018年以来,LiP-MS驱动我们的下一代蛋白质组学平台TrueTarget™,支持广泛的大制药公司早期生物技术。

重要的是,TrueTarget可以研究蛋白质在母语环境中,例如在细胞或组织中溶解产物。这提供了一个更有代表性的观点在活的有机体内蛋白质结构与在体外研究。它还允许更好地调整细胞组件(如离子强度,陪伴和转录后修饰,蛋白质功能和药物疗效的关键。

基本面和质谱蛋白质组学的发展

经过多年的影子基因组学、蛋白质组学现在准备进入聚光灯下。下载该电子书更多地了解蛋白质组学的基本原理,dvances质谱的蛋白质组学和transformative蛋白质组学见解从发现到诊所。

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一种新的方式来确定整个蛋白质组的药物靶点

的确,TrueTarget应用的主要领域之一药物目标反褶积。这里的平台提供了许多优点,它可以直接识别蛋白质的目标(s)的化合物在整个蛋白质组之前不需要标签或修改。³

使用机器学习,我们还可以识别特征暗示药物绑定,可以集成到一个单一的唇分数来识别和排序最可能的目标和他们的结合位点。

在与阿斯利康公司的合作,我们的团队应用这个工作流配置文件CDK9抑制剂。这项研究的结果提出了在癌症蛋白质组学和筛选技术小型研讨会AACR 2021发表在ACS化学生物学2022年1月作为封面故事。⁴

使用唇分,我们可以清楚CDKs和蛋白质组的其他部分分开。由于剂量反应曲线,我们可以看到CDK9必然比其他CDKs抑制剂更强烈。

我们也可以利用LiP-MS调查结合位点的肽水平分辨率的抑制剂在四个目标,提供有价值的信息选择性,目标的力量参与和可能的作用机制的化合物。

介绍HR-LiP,解剖药物相互作用的新方法

尽管LiP-MS查明潜在绑定的功能区域在一个公正的目标反褶积实验中,仍有挑战,实现高蛋白质序列覆盖蛋白质组的一部分。这通常包括low-abundance蛋白质,大蛋白复合物和膜蛋白,其中大部分也很难去除。

为了解决这个挑战,合作变音符号治疗我们开发了一个新的工作流——高分辨率有限的蛋白水解作用(HR-LiP)——修改协议旨在提高序列覆盖感兴趣的目标。

这进一步增强了TrueTarget平台与附加功能目标确认。协议开始overexpressing感兴趣的蛋白质在任何感兴趣的细胞系。原生细胞溶解产物培养与药物化合物浓度。嘴唇和MS的分析后,我们使用产生的剂量反应曲线来确定绑定事件。

去年在AACR,我们提出的例子实战的工作流,调查的绑定几个两个关键目标肿瘤抑制剂:吉非替尼和afatinib表皮生长因子受体(EGFR)和JQ1 bromodomain-containing蛋白4 (BRD4)。⁵

尽管癌症研究的重要性,同时蛋白质主要研究使用纯化重组片段,因为它们的大小。表皮生长因子受体是一个大型(170 kDa)跨膜蛋白和BRD4是200 kDa多域蛋白质。

HR-LiP技术,然而,我们能够实现一个序列覆盖率> 80%的蛋白质,在完整的表达功能和不需要标记或修改。我们还透露新见解抑制剂的结合位点和行动机制没有与其他方法检测。

基于结构的药物设计的未来?

结构蛋白质组学的发展,以新技术如HR-LiP,允许我们监视药物结合全身蛋白质在细胞环境中,在~ 10氨基酸决议。这创造了新的机会学习变构相互作用和其他类型的绑定,这可能引起蛋白质构象变化影响稳定。

由于其易于实现,而不需要重组纯化蛋白质,HR-LiP TrueTarget平台允许我们地图上药物相互作用几乎任何感兴趣的靶蛋白或复杂。这种组合的高吞吐量和高分辨率有巨大利益为目标的验证和铅优化的药物开发阶段。

这些进步在增加时间和成本效益,并提供一个定制的解决方案不利于药物相互作用,加速和消除小分子药物开发。进一步发展的技术也可以支持的特征蛋白质和protein-antibody交互,使质谱结构蛋白质组学不可或缺的药物发现管道的一部分。

引用:

1。Gauto DF, Estrozi低频,Schwieters CD,等。集成核磁共振和half-megadalton酶测定低温电子显微镜原子水平结构复杂。Nat Commun。2019;10 (1)。doi:10.1038 / s41467 - 019 - 10490 - 9

2。冯Y De Franceschi G, Kahraman,等。全球分析蛋白质结构复杂的蛋白质组的变化。生物科技Nat》。2014年,32 (10):1036 - 1044。doi:10.1038 / nbt.2999

3所示。广场,Beaton N, Bruderer R,等。基于机器学习chemoproteomic方法确定药物靶点和结合位点在复杂的蛋白质组。Nat Commun。2020;11 (1):4200。doi:10.1038 / s41467 - 020 - 18071 - x

4所示。亨德瑞JA, Beaton N, Chernobrovkin,等。机械的见解CDK9抑制剂通过正交蛋白质组学方法。ACS化学杂志。2021;17 (1):54 - 67。doi:10.1021 / acschembio.1c00488

5。奈杰尔•B Adhikari J, Bruderer R, et al . 2136 -预测小分子蛋白质绑定事件使用HR-LiP BRD4和表皮生长因子受体抑制剂,小说结构蛋白质组学方法。论文发表于AACR 2022;2022年4月11日;新奥尔良。https://www.abstractsonline.com/pp8/ # ! / 10517 / / 13180年6月。2023年09年3月,通过。

关于作者

Yuehan冯博士,科学联盟主任吗Biognosys全球蛋白质组学公司提供大规模蛋白质组学基于专有的质谱技术的解决方案。