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假性激酶-核糖核酸酶RNase L是一個多結(jié)構(gòu)域核酸內(nèi)切酶，由N端錨定重復(fù)域（ANK）結(jié)構(gòu)域、假性激酶（PK）結(jié)構(gòu)域和C端核糖核酸酶（RNase）結(jié)構(gòu)域串聯(lián)組成的，在細胞內(nèi)經(jīng)寡聚腺苷酸2-5A激活，通過剪切病毒和宿主單鏈RNA發(fā)揮抗病毒活性。與此同時，RNase L同時也參與其他多種細胞生理活動，比如細胞自噬、凋亡及炎癥小體形成等。在人類遺傳病艾卡迪綜合征（Aicardi-Goutière syndrome, AGS）中，RNase L被過度激活，引起神經(jīng)變性和免疫炎癥。因此靶向RNase L開發(fā)化學小分子調(diào)控劑可能為多種免疫相關(guān)疾病提供潛在治療方案。

近期，北京大學深圳研究生院黃昊課題組利用基于片段的藥物開發(fā)方法（FBDD）針對RNase L進行抑制劑開發(fā)，取得成果。首先，通過酶活方法以及飽和轉(zhuǎn)移差譜（STD）-NMR方法篩選并鑒定了13個活性小分子片段，經(jīng)過對片段和天然產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)對比，衍生獲得更高活性的抑制劑分子楊梅素（Myricetin，IC₅₀=～200 μM）和金絲桃苷（Hyperoside， IC₅₀=～2 μM）。本研究使用核磁手段證明了楊梅素和金絲桃苷能夠直接與RNase L蛋白相互作用，并通過晶體結(jié)構(gòu)揭示了楊梅素（Myricetin）的結(jié)合口袋，其工作機制是通過靶向假性激酶的ATP口袋發(fā)揮別構(gòu)抑制活性。最后，在細胞水平上驗證了Myricetin能夠有效抑制RNase L的剪切活性（圖1）。本文驗證了通過靶向核糖核酸酶RNase L的假性激酶結(jié)構(gòu)域開發(fā)其別構(gòu)抑制劑的策略。同時，共晶結(jié)構(gòu)顯示，片段AC40357與衍生獲得的天然產(chǎn)物Myricetin在RNase L結(jié)合口袋內(nèi)的結(jié)合模式一致，提供了一個將化合物片段衍生為天然產(chǎn)物抑制劑的成功例子。

圖1. 基于FBDD方法開發(fā)RNase L抑制劑及抑制機理研究

該成果以“Identification of Small Molecule Inhibitors of RNase L by Fragment-Based Drug Discovery” 為題，近期發(fā)表于藥學期刊Journal of Medicinal Chemistry，論文鏈接https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.1c01156。該研究由黃昊課題組與美國克利夫蘭癌癥研究中心Robert H. Silverman組合作完成，黃昊教授與Robert H. Silverman 教授為該論文的共同通訊作者；腫瘤化學基因組學省部共建國家重點實驗室為第一作者單位。以上工作得到了國家自然科學基金委、深圳市科技創(chuàng)新委員會、美國NIH R01項目的基金的支持。北京大學北京核磁共振中心的牛曉剛博士和上海光源的周歡博士對本文提供了技術(shù)支持。

迄今為止，黃昊課題組在RNase L的結(jié)構(gòu)生物機制和化學調(diào)控研究領(lǐng)域取得了一系列的重要進展（圖2），包括通過晶體衍射首次解析了RNase L的全長二聚體晶體結(jié)構(gòu)（Huang et al. Mol Cell. 2014），揭示了RNase L的抗病毒先天免疫激活機制。2020年，課題組使用生物物理和生物化學等手段解析了抗癌藥物激酶抑制劑Sunitinib及其衍生物抑制RNase L的結(jié)構(gòu)機理，提出靶向RNase L假性激酶結(jié)構(gòu)域中的ATP結(jié)合口袋，破壞RNase L活性二聚體的穩(wěn)定性，是別構(gòu)調(diào)節(jié)其核糖核酸酶活性的有效方法（Tang et al. Biochem J., 2020）。同年，課題組和加拿大及美國研究團隊進行合作，用激酶專屬抑制劑庫針對RNase L篩選高活性抑制劑，成功篩選并鑒定獲得納摩爾水平抑制活性的抑制劑鞣花酸（Ellagicacid，EA）和瓦隆酸雙內(nèi)酯（Valoneic acid dilactone, VAL）。其中VAL能夠逆轉(zhuǎn)ADAR1缺失導(dǎo)致內(nèi)源雙鏈RNA激活OAS-RNase L系統(tǒng)引起的細胞死亡。該研究為使用小分子抑制劑調(diào)控RNase L功能及靶向RNase L治療AGS奠定基礎(chǔ)（Daou et al. PNAS. 2020）。

圖2. 黃昊課題組在RNase L的結(jié)構(gòu)生物機制研究及其化學調(diào)控做出系統(tǒng)工作

參考文獻：

Identification of Small Molecule Inhibitors of RNase L by Fragment-Based Drug Discovery.

Jinle Tang#, Beihua Dong#, Ming Liu, Shuyan Liu, Xiaogang Niu, Christina Gaughan, Abhishek Asthana, Huan Zhou, Zhengshuang Xu, Guoliang Zhang, Robert H. Silverman*, Hao Huang*, J. Med. Chem. in press: https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.1c01156

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