上海有機(jī)所在發(fā)展藥物靶標(biāo)鑒定新技術(shù)方面取得進(jìn)展
平均研發(fā)一款新藥需要10億美元和10年的時(shí)間，而進(jìn)入臨床試驗(yàn)的藥物中有超過(guò)90%無(wú)法獲批上市。如果在新藥研發(fā)早期能預(yù)測(cè)療效和潛在的副作用，就可以避免損耗，提高新藥研發(fā)的效率。這需要在蛋白組層面無(wú)差異化地分析與小分子藥物發(fā)生相互作用的蛋白質(zhì)，確定作用靶標(biāo)。可是，到目前為止這仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)性的工作。
為此，生命過(guò)程小分子調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室康經(jīng)武課題組提出基于質(zhì)譜的多組學(xué)整合分析的新策略。通過(guò)化學(xué)蛋白組學(xué)，可以全面鑒定小分子藥物與蛋白親和作用的蛋白譜（profiling）；通過(guò)磷酸化蛋白組學(xué)和非靶向代謝組學(xué)分析，可以定量揭示藥物對(duì)細(xì)胞過(guò)程的擾動(dòng)事件，包括引起的蛋白表達(dá)變化，調(diào)控細(xì)胞過(guò)程的蛋白激酶活性的改變以及代謝網(wǎng)絡(luò)中的代謝中間產(chǎn)物的變化。高分辨質(zhì)譜和先進(jìn)算法獲得的大數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析和生物信息學(xué)分析后，我們可以找到藥物分子擾動(dòng)細(xì)胞過(guò)程后留下的痕跡，以及細(xì)胞對(duì)藥物刺激產(chǎn)生響應(yīng)的分子生物學(xué)機(jī)制，由此推測(cè)出藥物的靶標(biāo)蛋白。通過(guò)生物化學(xué)、生物物理學(xué)和遺傳調(diào)控學(xué)的方法對(duì)推測(cè)的靶標(biāo)蛋白進(jìn)行驗(yàn)證，最終確定藥物的作用靶標(biāo)。
以雷帕霉素（Rap）為例：化學(xué)蛋白組學(xué)可以鑒定到47種具有高置信度的Rap結(jié)合蛋白，包括已知的靶標(biāo)蛋白FKBP12；磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示，255個(gè)顯著性的下調(diào)和150個(gè)上調(diào)磷酸蛋白；非靶向代謝組學(xué)分析顯示22種顯著性下調(diào)代謝物和75種上調(diào)代謝物。對(duì)它們進(jìn)行功能注釋，激酶-底物富集分析，將代謝中間產(chǎn)物映射（mapping）到相應(yīng)的生化反應(yīng)途徑，進(jìn)一步的數(shù)據(jù)的整合分析可以繪制出Rap的作用網(wǎng)絡(luò)圖，從而揭示其參與調(diào)節(jié)的多個(gè)細(xì)胞過(guò)程的分子機(jī)制，如抑制細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、DNA復(fù)制，參與免疫、自噬、程序性細(xì)胞和衰老死亡等。這一策略還用于在分子水平揭示和描繪細(xì)胞經(jīng)阿霉素刺激后細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的一系列響應(yīng)機(jī)制，如修復(fù)DNA和線粒體損傷的應(yīng)急機(jī)制。利用這一策略，我們還發(fā)現(xiàn)培利替尼作用細(xì)胞后，不僅可以抑制酪氨酸激酶活性，還能夠誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞中的PRDX4蛋白的發(fā)生泛素化-蛋白酶體參與的蛋白降解。
總之，通過(guò)基于質(zhì)譜的多組學(xué)整合分析，我們能夠在蛋白組層面和分子水平獲得前所未有的小分子藥物與蛋白（物理和功能）相互作用的信息，為揭示小分子藥物復(fù)雜的作用機(jī)制，預(yù)測(cè)可能的毒副作用提供依據(jù)。這些相互作用信息能夠發(fā)現(xiàn)新的潛在作用靶標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)老藥新用。這一系列的工作分別發(fā)表在Anal Chem，2022, 94, 17121; 在線發(fā)表在Anal Chem 2023 https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c00867, 以及J Pharm Biomed Anal, 2023, 230, 115398。3篇論文的通訊作者為康經(jīng)武研究員，第一作者分別為錢(qián)珊珊博士、許瑤博士和博士研究生李京同學(xué)。本工作受國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)計(jì)劃B資助。
磷酸化蛋白組學(xué)定量揭示被雷帕霉素?cái)_動(dòng)的蛋白激酶以及與底物的關(guān)系
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