2016年2月9日

以原子分辨率可视化癌症药物靶标

乍看上去

  • 使用冷冻电子显微镜,研究人员能够以原子方式详细查看潜在的小分子药物与癌细胞中关键蛋白质的结合。
  • 结果说明了成像技术如何帮助推进药物开发。
带抑制剂的p97的插图 p97蛋白被抑制剂(红色)捕获为非活性状态,因此无法进入其正常反应周期。 国立癌症研究所

精确确定蛋白质的3-D结构对于药物开发很重要。了解药物和蛋白质在原子水平上如何相互作用,可以使科学家设计出新药物来改变目标蛋白质的功能。

美国国立卫生研究院国家癌症研究所(NCI)的Sriram Subramaniam博士领导的研究小组一直在使用一种称为“冷冻电子显微镜”(cryo-EM)的成像技术来确定原子结构。蛋白质悬浮液可在极低的温度下速冻,以快速稳定蛋白质周围的水,而不会破坏冰晶。然后用电子轰击悬浮液以捕获图像。研究人员通过计算将成千上万个不同方向的分子二维图像合成了3-D结构。 Cryo-EM越来越受欢迎,因为它可以在近乎自然或自然条件下可视化标本。

科学家已经使用cryo-EM研究了多种分子,包括 蛋白质 脑细胞中发现的受体。在他们的最新研究中,研究小组可视化了一种潜在的小分子药物与癌细胞中一种关键酶的结合。 p97酶对于控制细胞中的蛋白质质量和潜在的抗癌靶标至关重要。该作品于2016年1月28日在线发布于 科学 .

使用cryo-EM,研究人员能够以2.3Å的整体分辨率对全长p97进行成像,这比以前的p97结构研究要精细得多。研究人员还能够以原子分辨率确定蛋白质中通常发生的结构变化的顺序。

科学家确定了p97活性小分子抑制剂的结合方式和接触部位。抑制剂不是坐在蛋白质的活性位点结合口袋中,而是楔入蛋白质的上半部分和下半部分之间。在抑制剂存在的情况下,蛋白质将无法再经历其正常的棘轮状旋转运动,而只能锁定在一个位置。关于抑制剂作用的这些推论仅是可能的,因为cryo-EM能够捕获多种构象或形式的完整蛋白质。

Subramaniam说:“我们的最新研究提供了对癌细胞活性至关重要的蛋白质结构和相互作用的新见解,这一知识有望使临床上有用的药物得以设计。”

国家癌症研究所 代理总监Douglas Lowy博士说:“ Cryo-EM有望成为结构生物学和癌症药物开发中更有用的工具。” “这一最新发现为推进有效的药物开发提供了诱人的可能性。”

相关链接

参考文献:  2.3 p分辨率的人p97冷冻EM结构和变构抑制机制。 Banerjee S,Bartesaghi A,Merck A,Rao P,Bulfer SL,Yan Y,Green N,Mroczkowski B,Neitz RJ,Wipf P,Falconieri V,Deshaies RJ,Milne JL,Huryn D,Arkin M,Subramaniam S. 科学 。 2016年1月28日。pii:aad7974。 [Epub提前发行]。 PMID:26822609。

资金:  NIH国家癌症研究所(NCI)。