张教授解析发表的Science文章

　　

生物通报道：来自斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute）研究人员发现了一种糖蛋白的蛋白结构，该蛋白会将许多化疗药物阻挡在细胞之外，这是癌细胞对化疗药物具有抗性的主要原因之一。这项研究课题涉及生物、化学和结构等多个领域，在理解细胞膜运转蛋白的作用机理方面和多药抗药性领域具有突破性的贡献。这一研究成果公布在Science杂志上。

领导这一研究的是Geoffrey Chang教授，武汉大学2008级博士研究生翁玥文章的第四作者、化学部分的第一作者。为了更深入了解这一新的研究进展，生物通特采访了Geoffrey Chang教授，就读者感兴趣的一些问题请教了他。

生物通：确定P-糖蛋白（P-Glycoprotein，P-gp）结构是一项重要的研究发现，其意义之一是在多药抗药性方面和抗癌药物方面，您能具体谈一下这项发现对这两方面有何具体意义吗？

张博士：多药抗药性是癌症化疗过程中的一个主要问题，几种癌症药物已证明十分有效，但是由于多药抗药性，导致许多种类的癌症的化疗失效。

生物通：实验研究过程中主要采用的技术有哪些？最重要的技术点在哪里？

张博士：我们采用了X-射线结晶方法获得了一种Pgp机制相关的分子结构，并深入了解了多特异性药物结合位点。其中最重要的技术突破在于对Pgp分子结构的结晶和解析。

生物通：您在研究中利用了X-射线结晶方法确定了P-gp蛋白的结构，由于P-gp蛋白属于膜转运蛋白，您在实验中是否遇到了一些技术问题，如果有，您是如何解决的？

张博士：确定膜蛋白的X-射线结构确实是一个具有挑战性的研究领域，但是我们实验室在处理结晶结构等方面的技术难题上积累了许多经验，进行这一课题研究也没有遇到什么特别的难题，我们都利用之前的经验解决了。

生物通：您这项课题涉及了生物、化学和结构等多个领域，您能谈一下生物交叉学科研究需要注意什么吗？

张博士：我认为结构，化学与功能学的结合是现代科学的一个发展趋势，这能极大地扩增解决重要科学问题的能力。

生物通：这项研究由斯克里普斯研究所，和武汉大学等研究机构合作完成，其中国内武汉大学具体完成了哪些内容的研究？

张博士：参与这一研究的翁玥博士是武汉大学的一位访问研究生，目前在斯克里普斯研究所的张庆海实验室进行研究工作，她帮助完成了这项研究中化合物的合成。这个项目并不是斯克里普斯研究所和武汉大学的正式合作项目。

生物通：您能谈一下未来结构生物学的发展趋势吗？

张博士：我认为膜蛋白结构生物学正在进入一个越来越多结构被确定，越来越精彩的时代，而且现在也可以靶向某些临床相关的膜蛋白，比如Pgp，帮助进行具体的以结构为基础的药物设计。

生物通：未来贵研究组的研究计划有哪些？

张博士：我们当然会继续对一些其它多药抗药性转运因子进行分析，包括Pgp在内。我们计划进一步描绘Pgp与几种癌症，HIV和精神病相关疾病的药物结合位点，并且继续结合化学，结构和功能学领域。由于研究证明Pgp与药物疗效，以及血脑屏障有关，因此我们也十分希望能利用这种结构信息设计更好的化疗过程。

（生物通：王蕾）

附：

（Geoffrey Chang教授）

学历背景：

B.A/M.S 宾夕法尼亚大学

Ph.D  宾夕法尼亚大学

Postdoc 加州理工学院

主要论文：

Chang, G., Lewis, M. Using genetic algorithms for solving heavy-atom sites.
1994 Sep 1. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 50(Pt 5):667-74. 
 
Lewis, M., Chang, G., Horton, NC. 1996 Mar 1. Crystal structure of the lactose operon repressor and its
complexes with DNA and inducer. Science. 271(5253):1247-54. 
 
Pace, HC., Kercher, MA., Lu, P., Markiewicz, P., Miller, JH., Chang, G., Lewis, M. Lac repressor genetic map
in real space. 1997 Sep. Trends Biochem Sci. 22(9):334-9. Review. 
 
Chang, G., Lewis, M. Molecular replacement using genetic algorithms. 1997 May 1. Acta Crystallogr D Biol
Crystallogr. 53(Pt 3):279-89. 
 

原文摘要：

Structure of P-Glycoprotein Reveals a Molecular Basis for Poly-Specific Drug Binding

P-glycoprotein (P-gp) detoxifies cells by exporting hundreds of chemically unrelated toxins but has been implicated in multidrug resistance (MDR) in the treatment of cancers. Substrate promiscuity is a hallmark of P-gp activity, thus a structural description of poly-specific drug-binding is important for the rational design of anticancer drugs and MDR inhibitors. The x-ray structure of apo P-gp at 3.8 angstroms reveals an internal cavity of 6000 angstroms cubed with a 30 angstrom separation of the two nucleotide-binding domains. Two additional P-gp structures with cyclic peptide inhibitors demonstrate distinct drug-binding sites in the internal cavity capable of stereoselectivity that is based on hydrophobic and aromatic interactions. Apo and drug-bound P-gp structures have portals open to the cytoplasm and the inner leaflet of the lipid bilayer for drug entry. The inward-facing conformation represents an initial stage of the transport cycle that is competent for drug binding.