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        蛋白質組學

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        「青蓮聚焦」利用組學手段篩選藥物靶點的全套路

        2021-06-11 00:00:00

        藥物靶點(Drug Target)是指體內具有藥效功能并能被藥物作用的生物大分子,作為藥物靶點的主要蛋白家族就有GPCR受體,離子通道、核受體、激酶等。自21世紀以來,基于靶點的藥物發現模式逐漸取代了傳統的基于藥物化學結構的發現模式,成為現代創新藥物研發的主流模式。


        因此,事先確定靶向特定疾病有關的靶點分子是現代新藥開發的基礎。針對靶點的研究可以清楚疾病癥結所在,從而確定了新藥的研發方向。此外靶點的研究還有助于了解藥物作用機制,進而對已有藥物進行改造,研發出毒性更小、選擇性更強、治療效果更好的新藥。


        既然靶點研究如此重要,那么該如何去發現這些靶點呢?今天小編就給大家梳理下如何利用組學手段去篩選藥物靶點以及研究藥物作用機制!


        文獻案例一

        雙修飾蛋白組揭示肝母細胞瘤的潛在治療靶點-HSPB-1


        上海交通大學醫學院附屬上海兒童醫學中心潘秋輝教授和徐敏教授團隊在知名期刊Signal Transduction and Targeted TherapyIF13.493)上發表題為“Global profiling of O-GlcNAcylated and/or phosphorylated proteins in hepatoblastoma”的研究論文。以肝母細胞瘤(Hepatoblastoma,HB)為研究對象,從蛋白質修飾組學的角度,對HB組織和正常肝組織進行大規模的磷酸化修飾和O-糖基化修飾鑒定,雙修飾組學聯合分析找到了肝母細胞瘤的潛在治療靶點HSPB-1。




        研究思路

        研究者首先應用4HB組織與正常肝組織進行蛋白質免疫印跡和免疫組化實驗,研究者發現相較于正常肝組織,HB組織蛋白上存在較高的O糖基化修飾水平。又有先前研究表明O糖基化與磷酸化可能共同發生在蛋白相同或不同的絲氨酸或蘇氨酸位點,因此研究者對上述樣本又開展了O糖基化修飾與磷酸化修飾質譜分析。



        1WBIHC實驗結果以及修飾組學工作流程


        通過組學大數據和生信分析,52%鑒定到的O糖基化蛋白同時被鑒定到了磷酸化修飾,這些蛋白主要與染色質調控,轉錄,翻譯,轉運以及細胞器組成相關。PPI網絡分析發現雙修飾的蛋白可能在部分細胞信號轉導過程中發揮協同作用。研究者進一步根據其已知功能將具有O糖基化修飾的蛋白質進行分類(圖2)。其中參與腫瘤發生過程的雙修飾蛋白NPM1,HSPE1以及HSPB1引起作者注意,并通過IP-WB進一步證實了其蛋白的磷酸化水平與O糖基化水平在腫瘤組織中與正常組織的差異變化。


        2O.糖基化蛋白功能分類,每個紅點代表一個O-糖基化修飾的位點
        結合早期研究結論,作者鎖定HSPB1可能是HB的潛在治療靶點。研究者通過實驗證明了在HB細胞系中HSPB-1存在O糖基化和磷酸化,且在82位絲氨酸位點,O糖基化與磷酸化存在競爭關系。此外,通過體外藥物實驗發現,HSPB-1O糖基化水平能夠影響HB細胞對順鉑藥物的耐受性,該結果進一步表明,HSPB-1可能是肝母細胞瘤的潛在治療靶點。


        文獻案例二


        TMT磷酸化修飾蛋白組學發現心肌纖維化的關鍵激酶


        國際期刊Nature Biomedical EngineeringIF18.952)上發表了題為“Mapping signalling perturbations in myocardial fibrosis via the integrative phosphoproteomic profiling of tissue from diverse sources”研究論文。研究人員應用Biowire模型結合TMT磷酸化修飾蛋白組學技術結合鑒定驅動纖維化的關鍵信號通路并發現心臟纖維化的關鍵激酶GSK3。




        研究思路

        研究人員首先對纖維化表型的源于hiPSCs心肌細胞的cardiac Biowire樣本、臨床病人來源的樣本以及鼠源的心肌肥大樣本進行TMT磷酸化修飾蛋白組學分析。研究者將蛋白質組學和磷酸化修飾組學的數據進行匯總,全局分析表明cardiac Biowire 樣本的差異蛋白和差異磷酸化位點顯示出更加一致和更加明顯的變化(圖3)。通路富集分析(GO、KEGG、Reactome等)顯示Biowire樣本與另外兩種樣本分析結果有較高的重合度,且較鼠源樣本,cardiac Biowire樣本與臨床病人樣本具有更高的相似度。


        3:比較不同樣品的整體蛋白質表達水平和磷酸化修飾水平



        接著研究人員通過激酶的Motif分析,從這三種樣本組中存在的常見基序中確定了對心臟收縮、代謝和信號傳導級聯至關重要的激酶,包括PKA,CAMKII,ERK1/2,PKC,CK2,CDK5GSK3。圍繞磷酸化位點的序列中的GSK3底物共有基序顯示出顯著的差異表達,暗示GSK3作為纖維化重塑的介質。研究人員鎖定GSK3激酶,利用功能實驗證實其小分子抑制劑(GW806290X)可有效改變心肌纖維化的重塑過程。



        看完小編分享的兩篇文獻,相信大家心中已經有了如何找靶點,發paper的構思啦~

        接下來,小編就來總結下如何應用組學手段來找藥物靶點?







        參考文獻


        1.Song Hang,Ma Ji,Bian Zhixuan et al. Global profiling of O-GlcNAcylated and/or phosphorylated proteins in hepatoblastoma.[J] .Signal Transduct Target Ther, 2019, 4: 40.

        2.Kuzmanov Uros,Wang Erika Yan,Vanderlaan Rachel et al. Mapping signalling perturbations in myocardial fibrosis via the integrative phosphoproteomic profiling of tissue from diverse sources.[J] .Nat Biomed Eng, 2020, 4: 889-900.


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