分子笼稳定癌症蛋白质，让研究人员更好地观察
急性髓系白血病(AML)，美国癌症研究所估计今年将有超过2万名美国人受到影响，其中超过1.1万人死亡。许多接受强化化疗或干细胞移植的患者除了长期并发症外，还会出现副作用，包括感染、脱发和呕吐。
为了改善这种状况，斯坦福大学医学院教授凯瑟琳·坂本(Kathleen Sakamoto)一直致力于开发AML和其他血液疾病的治疗方法。但是，当她的团队寻求如何治疗AML的新想法时，他们的研究受到了两种用于理解蛋白质结构和功能的技术之间的微妙差距的阻碍——一方面是x射线晶体学，另一方面是低温电子显微镜(cryo-EM)。
现在，斯坦福大学医学院和工程学院以及能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员已经找到了一种弥合这一差距的方法，他们使用一种分子笼来稳定某些中等大小的蛋白质，这样它们就可以首次用冷冻电镜成像，这可以揭示几乎原子级别的细节。这项研究的第一作者，斯坦福大学博士后张开明和客座助理教授堀越直树，以及他的同事们于2月7日发表了他们的研究结果ACS中央科学。
SLAC和斯坦福大学教授Soichi Wakatsuki说，争论的焦点是KIX，它是AML癌细胞用来转录对生长和生存重要基因的CREB结合蛋白(CBP)的一部分。如果研究人员能更好地了解KIX的结构，他们就能设计出抑制KIX并阻止癌细胞复制的药物。但是使用x射线晶体学研究蛋白质的努力并没有成功:分子相对较大的尺寸-根据晶体学标准-使其更难结晶，即使它已经结晶，该过程的细节也使得更难分析药物设计者想要针对的KIX部分。
同时，KIX本身太小，无法有效地使用冷冻电镜进行研究。Wakatsuki解释说，为了用低温电子显微镜获得蛋白质的良好图像，你必须能够在电子显微镜图像中定位蛋白质的许多副本，然后弄清楚它们是如何定向的——它们是这样弯曲还是那样弯曲，等等。只有找到并排列蛋白质的许多图像，低温电子显微镜才能产生高分辨率的结构。KIX相对较小的体积(以冷冻电镜标准衡量)使这成为一个挑战。另一种选择，核磁共振，已被用于确定KIX与其他自然存在的分子结合时的结构，但该方法需要大量的准备和分析，这使得它不太适合快速确定分子的结构，因此不太适合研究潜在的KIX抑制药物的效果。
解决方案出现在Wakatsuki和Zhang——他们在SLAC和斯坦福大学教授Wah Chiu的实验室工作——在东京吃午餐时，他们正在做一个单独的项目:他们将KIX蛋白质分批夹在一个中心的球形分子和一个外部的分子笼之间。因为这个“双壳层”比单个的KIX分子大得多，所以在低温电镜图像中更容易发现和定位，也更容易获得KIX分子本身的高分辨率图像。
Wakatsuki说，除了看到KIX的结构，他的实验室和Chiu的实验室还与坂本和斯坦福大学计算机科学教授Ron Dror合作，并能够在混合物中添加其他分子，看看它们是否可能结合并潜在地抑制KIX的功能。研究小组报告说，他们已经能够使这种结合增强约200倍，这可以帮助科学家开发出在低剂量下有效的药物。Wakatsuki说:“这个游戏的名字是寻找在较低浓度下抑制KIX的化合物。”“这还不够好，但我们已经取得了进展。”
该团队的结果还表明，这种方法可能对其他大小介于两者之间的蛋白质有用，这些蛋白质很难用冷冻电镜或x射线晶体学来研究，可能包括一些病毒蛋白质。Wakatsuki说:“我们正在努力扩大这种方法的适用性。”
参考:张凯，堀越南，李松，等。Cryo-EM、蛋白质工程和模拟技术使抗急性髓系白血病的肽疗法得以发展。ACS分科学．2022.doi:10.1021 / acscentsci.1c01090
本文已从以下地方重新发布材料．注:材料的长度和内容可能经过编辑。如需进一步信息，请联系所引用的来源。
