如何使抗癌药更具选择性？

最近研究人员研制了一种新型高选择性分子，能够通过只与突变蛋白结合，主动区分突变蛋白与野生型蛋白。相关研究结果发表在四月十三日的《自然化学》（Nature Chemistry），可能为靶定和抑制活细胞中异常蛋白分子的新药物，奠定基础。

　　

生物通报道：对于构成单个蛋白质分子的折叠氨基酸链来说，用“形式随从功能”这句谚语来比喻是再真实不过了。但是蛋白质对它们遗传信息的误差非常敏感。一个单字母的DNA“拼错”（称为点突变），就可能改变蛋白质的结构或电荷分布，足以使它无效甚至是有害的。延伸阅读：JCB发现抗癌药的新靶点。

不幸的是，含有异常蛋白的细胞通常与那些含有正常蛋白的细胞（野生型）共存，要区分它们，需要高度的分子特异性。这在致癌蛋白质的情况中特别令人关注。

加州理工学院和霍华德休斯医学研究所材料科学研究生Blake Farrow说：“利用现在的技术，开发一种只靶定蛋白突变版本的药物，是很困难的。大多数抗癌药物会‘不加选择’地攻击突变和健康的蛋白及组织。”

Farrow是加州理工学院研究小组的成员，最近他们研制了一种新型高选择性分子，能够通过只与突变蛋白结合，主动区分突变蛋白与野生型蛋白。相关研究结果发表在四月十三日的《自然化学》（Nature Chemistry）。

该项目是由Kaycie Deyle启动的，他现在在瑞士联邦理工学院从事博士后研究，他们使用了一些新技术，包括点击化学和蛋白催化捕获（PCC）。点击化学是一种快速、可靠的从模块化组件构建分子组装体的技术。PCC筛选是由加州理工学院的研究人员开发的，利用点击化学揭示哪几个候选分子将最强烈地结合（和“点击”） 特定蛋白质的一个特定区域。

作为一个测试案例，研究人员调查了一个点突变（称为E17K），它发生在Akt1（数百个氨基酸长的一个蛋白质）的特定区域。Akt1在细胞生长和增殖过程中起着关键的作用，其E17K突变，与肿瘤发展增加和癌细胞生存率提高密切相关。

使用Akt1致癌形式的一段合成片段，研究人员将E17K附近的氨基酸替换成一种可充当“单击处理”的结构。目的是创建一种简短的分子，能将其自己塞入蛋白质的折叠中，在一端结合E17K突变，在另一端“单击”处理。

候选分子是通过将氨基酸共同拼接成短链（五个氨基酸的长度）构建而成的，这个长度刚刚达到从点击处理的一端到达突变位点的一端。使用几乎24个氨基酸进行挑选，研究人员面临着一百多万种可能的结构。

一个多步骤的PCC筛选过程，可将这大量候选分子缩减至一种组合，其结合蛋白质突变版本的强度比野生型高10倍。构成该分子的五个氨基酸的代码字母，给了它一个非正式的名字：“yleaf。”

接下来，研究人员通过再一次PCC筛选过程，来寻找可用来延长yleaf分子的氨基酸链，从而使其能够控制Akt分子更多自然发生的功能，而不需要人为插入一个点击处理。这种更广泛翼幅的yleaf的测试表明，它不仅几乎专一地结合其预期靶标（没有其他地方，包括Akt1的突变形式），而且这样做它也抑制了蛋白质的活性，因此可能会损害其支持肿瘤生长的能力。事实上，扩展的yleaf分子抑制突变蛋白的能力，比野生型高一千倍。

该论文的通讯作者、加州理工学院化学教授James Heath说，这种选择性抑制剂策略，无疑是开发新抗癌药物非常重要的第一步。加上额外的设计考虑以促进其通过细胞膜，这类化合物可能为靶定和抑制活细胞中异常蛋白分子的新药物，奠定基础。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
A protein-targeting strategy used to develop a selective inhibitor of the E17K point mutation in the PH domain of Akt1
Abstract: Ligands that can bind selectively to proteins with single amino-acid point mutations offer the potential to detect or treat an abnormal protein in the presence of the wild type (WT). However, it is difficult to develop a selective ligand if the point mutation is not associated with an addressable location, such as a binding pocket. Here we report an all-chemical synthetic epitope-targeting strategy that we used to discover a 5-mer peptide with selectivity for the E17K-transforming point mutation in the pleckstrin homology domain of the Akt1 oncoprotein. A fragment of Akt1 that contained the E17K mutation and an I19[propargylglycine] substitution was synthesized to form an addressable synthetic epitope. Azide-presenting peptides that clicked covalently onto this alkyne-presenting epitope were selected from a library using in situ screening. One peptide exhibits a 10:1 in vitro selectivity for the oncoprotein relative to the WT, with a similar selectivity in cells. This 5-mer peptide was expanded into a larger ligand that selectively blocks the E17K Akt1 interaction with its PIP3 (phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate) substrate.