基于蛋白活性表达谱对金属抗癌配合物的定量化学蛋白质组学研究

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化学蛋白质组学是一个高度融合的交叉领域,既吸纳了细胞生物学、生物信息学、药物化学等学科知识,也整合了有机合成、色谱与质谱检测等技术与方法。因此,化学蛋白质组学一方面能够对靶标蛋白的功能活性进行全面的揭示与干预,另一方面能够对与蛋白相互作用的抑制剂或药物进行筛选与开发。两者共同从蛋白质功能层面推动医学、药学、细胞生物学等多个领域的深入发展。目前,蛋白活性表达谱(ABPP)策略已经成为化学蛋白质组研究领域内的标准性方法。其从蛋白质的功能活性入手,探究药物靶标蛋白与键合位点,并不断从理学研究层面推动着医药领域的蓬勃发展。癌症治疗是目前医学领域内亟待解决的难题之一,抗癌药物的开发依旧是生化医药领域的研究热点之一。金属有机配合物以其独特的化学性质,提供了丰富的结构多样性与配体交换可能性,为癌症治疗领域内的药物化学提供了更为广阔的发展空间。早期,金属配合物主要通过核酸作用模式发挥抗癌活性。然而,这类药物具有生物相容性差和生物耐药性频发等问题。因此,金属抗癌药物的研究热点逐渐转向通过蛋白作用模式发挥抗癌活性的金属药物,其中研究较为充分的主要有钌、金、铑、锇等金属配合物。具有抗癌潜能的Au(I)配合物可通过与半胱氨酸残基相互作用发挥其抗癌功效。然而,目前对于其生理机制与作用蛋白的研究尚不充分,极大地限制了其临床应用的发展。锇(Os)代KP1019弥补了原钌类配合物KP1019的固有缺陷,同时表现出类似的抗癌潜力,但目前对于Os代KP1019靶标蛋白的研究是一个极大的空白,限制了抗癌潜能的发展与利用。因此,本工作旨在通过ABPP方法,对潜在的金属抗癌药物的靶标蛋白与新兴键合位点进行全面开发与探究。基于以上研究目的,本工作主要包含以下内容:1、我们提出了一种基于二甲基化灵活标记的竞争性ABPP策略,包含鉴定性实验和活性分级实验两部分。通过该策略,在He La细胞蛋白质组内,对四种具有优越抗癌潜能的Au(I)配合物进行了靶标蛋白鉴定与位点活性分级。基于鉴定性实验,展示了四种Au(I)配合物的靶标蛋白整体图景,并量化了65种四者共有的靶标蛋白,其中大部分与癌症相关。这一发现为Au(I)类抗癌药物的设计提供了可供选择的生理机制。通过活性分级实验,探究了四种Au(I)配合物与靶标蛋白活性位点处半胱氨酸之间的相互作用强度与最佳匹配关系。最后,利用生物信息学分析阐明了Au(I)配合物的靶标蛋白与癌症类型之间的关系。期待这种ABPP技术将从化学层面进一步引领Au(I)类抗癌药物向着靶向性更好、生物相容性更佳、抗增殖能力更强的方向蓬勃发展。2、有研究表明KP1019等钌类配合物优先与组氨酸残基配位,因此推测,Os类配合物的作用位点也倾向于组氨酸的咪唑环。在此基础上,以KP1019以及Os代KP1019为研究对象,设计带有炔基手柄的金属有机配合物探针。将利用以ABPP为核心的定量蛋白质组学方法对KP1019以及Os代KP1019的靶标蛋白进行全蛋白质组范围内的研究,并对其靶标蛋白及作用位点进行对比性探究,最终将为Os类金属抗癌药物的开发提供重要的化学与生理学信息。
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