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  • 何为蛋白多肽相互作用?

  • 传统多肽文库与DNA编码多肽文库有何不同?

蛋白或多肽相互作用

蛋白-蛋白相互作用与多种生物学过程相关,包括但不限于DNA复制,转录,蛋白修饰,信号传导等。然而蛋白-蛋白作用平面因其较大的作用面积1,000—6,500 Å2,难以设计与之特异性作用的小分子药物。1这些位点长期以来被认为是“非成药位点”。多肽因其结构的特殊性,更接近于天然蛋白-蛋白相互作用的微环境,更适合针对这些 “非成药位点“进行设计(图1)。而高通量的多肽文库筛选方法,对于多肽类药物的开发有极大的帮助。

蛋白-蛋白相互作用结构展示

图1. 蛋白-蛋白相互作用结构展示。a&b. 蛋白-蛋白相互作用示例;c&d. 蛋白多肽相互作用示例;e. 多肽-多肽相互作用示例1

传统多肽文库

传统的多肽文库一般分为两种,第一种为合成的突变文库,例如丙氨酸筛选,随机突变文库等(图2)。对于这样的文库,每一条序列需要单独合成,纯化及表征。因此可以对文库中每一个组分的质量进行较好的控制。同时由于文库是通过是化学合成制备的,氨基酸的类型不单单限于天然氨基酸。多种非天然氨基酸或其他化学修饰的引入有助于拓展文库的化学多样性,提高多肽药物的成药性。2但随着文库量的增长,制备的成本及筛选的周期都会有显著的提升。

常用多肽文库类别

图2. 常用多肽文库类别(from //nrapc.com/alanine_scanning.html; //nrapc.com/random_library.html)

第二种为多肽展示文库,例如噬菌体展示。其展示的多肽文库由对应的DNA表达,同时表达的多肽也与其所编码的DNA序列共价结合(图3)。制备文库过程中,所有序列可以被同时表达。由于核酸序列的存在,亲和力筛选也可以同时进行,而不需要单独分离出每一个文库单元进行测试。但相对的,表达体系仅与天然氨基酸兼容,化学多样性有一定的限制。同时文库的大小也受限于单位体积培养基中可以存活的噬菌体总量,一般低于10104

噬菌体展示技术

图3. 噬菌体展示技术(from //www.cusabio.com/c-20680.html)

DNA编码多肽文库

为了降低筛选成本同时提高化学多样性,基于DNA编码化合物的技术-DNA编码多肽也被广泛应用于多肽药物的筛选中(图4)。相比于传统的多肽文库,DNA编码多肽文库使用化学方法合成,可以引入更丰富的化学多样性。同时多肽序列也和DNA编码共价结合,前体化合物信息可以通过二代测序进行解码和构效分析。

DNA编码化合物技术

图4. DNA编码化合物技术(from: //cen.acs.org/articles/95/i25/DNA-encoded-libraries-revolutionizing-drug.html)

哈佛大学刘如谦教授利用DNA模板介导的合成方法(图5),合成了256,000个分子库容量的环肽文库。5针对于胰岛素降解酶(IDE)靶点筛选到了多个nm级别的多肽药物前体。其中一个前体可以获得低于40nM的IC50值。使用DNA模板介导的文库合成可以通过碱基匹配,同时合成及编码的对应的多肽文库。由于没有使用split-pool合成法,筛选类似于达尔文进化,前体在每一轮筛选中可以被进一步富集。有利于找到原始丰度不高但结合效率高的前体化合物。

DNA模板法合成DNA编码的环肽文库

图5. DNA模板法合成DNA编码的环肽文库5

苏黎世联邦理工大学的Dario Neri教授利用DNA记录法,通过split-pool的组合化学合成方法合成了基于环肽模板的DNA编码多肽文库(图6)。6库容量达35,393,112个分子。通过筛选这样的多肽文库,他们找到了针对不同靶点包括HSA, AGP, CaM, PSA, L19-TNF 和 TNF等的多个μm级别的环肽结构。筛选出的环肽结构,在体内和体外实验中均可以特异性结合靶标蛋白,可以被设计成高特异性的化学探针。

DNA记录法合成基于环肽模板的多肽文库

图6. DNA记录法合成基于环肽模板的多肽文库6

其他类似的DNA编码多肽文库也有文献报道7,8,同时也有科研工作者尝试使用活性筛选代替亲和力筛选,以减少假阳性的可能。9,10相信在未来,DNA编码的多肽平台可以在多肽药物开发中发挥必不可少的作用。

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