創(chuàng)新藥物先導化合物發(fā)現(xiàn)

目前FDA批準的藥物所針對的靶點僅有約800個，存在大量已知疾病相關靶點“無藥可及”。“無藥可及”靶點指的是通過傳統(tǒng)手段難以靶向而又極具臨床意義的治療靶點，隨著基礎研究和新技術的進步，SHP2和KRAS等這些傳統(tǒng)意義上被認為是“不可成藥”的靶點正在不斷被攻克，甚至日漸發(fā)展成為當下zui熱門的靶點。

從大規(guī)模小分子庫出發(fā)，通過各種不同的篩選技術平臺，針對感興趣蛋白質靶點進行先導化合物發(fā)現(xiàn)，是 “first-in-class”類藥物研發(fā)的主要策略之一。但目前，大多數(shù)的藥物篩選技術都是以純蛋白作為實驗體系。靶點蛋白質在表達純化過程中會遇到很多問題，比如表達體系不好選擇，純度難以提高，結構和活性難以保持等，這些挑戰(zhàn)對于膜蛋白相關靶點尤其突出。因此，第一步靶標蛋白的純化和制備經(jīng)常成為了藥物發(fā)現(xiàn)的“卡脖子”環(huán)節(jié)。

化學蛋白質組學技術的問世革命性地將藥物發(fā)現(xiàn)從純蛋白體系帶入了活細胞體系。以共價藥物先導化合物發(fā)現(xiàn)為例，從結構多樣的分子庫出發(fā)，在活細胞水平給予小分子處理，確保蛋白質均處于自然活性狀態(tài)，之后借助于生物活性探針，利用基于活性的蛋白質組學分析技術（activity-based protein profiling，ABPP）捕捉分析每個小分子與靶點蛋白質的結合能力，構建小分子與蛋白質相互作用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫。

創(chuàng)新藥物靶點發(fā)現(xiàn)   

蛋白質組分析助力靶點發(fā)現(xiàn) 

技術簡介

通過對生物樣品進行全蛋白質組的提取，酶解，肽段分級，高分辨質譜數(shù)據(jù)采集和搜庫檢索，可以同時對樣品中成千上萬個蛋白質進行大規(guī)模的定性和定量分析。疾病與健康狀態(tài)下或藥物處理前后，比較細胞或組織樣本中蛋白質的種類和豐度差異，從而尋找藥物作用的靶標。提供標準化的樣品處理方案、蛋白質組定性定量鑒定和zhuanye的數(shù)據(jù)分析策略。

 

 

 

蛋白質組定量分析技術：

非標記定量技術（LFQ）：

技術： 通過比較譜圖數(shù)目或離子峰面積，分析不同樣品的蛋白含量 優(yōu)勢： 無需同位素標記，快速比較大量樣本間的蛋白質豐度差異 應用： 細胞、組織、血液等樣本

 

還原二甲基化標記定量技術（REDI）：

技術： 利用同位素標簽與肽段賴氨酸側鏈與N端的氨基反應，可實現(xiàn)二重或三重樣本間的蛋白定量比較 優(yōu)勢： 經(jīng)濟便捷，普適性強 應用： 細胞、組織、血液等樣本

 

穩(wěn)定同位素氨基酸代謝標記定量技術（ SILAC）：

技術： 利用含穩(wěn)定同位素的培養(yǎng)基培養(yǎng)細胞，實現(xiàn)不同樣本間的蛋白質組定量 優(yōu)勢： 操作誤差影響少，定量更精準 應用： 活細胞樣本

 

串聯(lián)質譜標記定量技術（TMT/IBT）：

技術： 利用TMT/IBT試劑標記肽段，檢測樣品中報告基團的信號強度，實現(xiàn)不同樣本中的蛋白定量比較 優(yōu)勢： zui高可達16重樣本分析，定量準確 應用： 細胞、組織、血液等樣本

 

服務內(nèi)容

1.疾病、藥物處理和環(huán)境刺激等條件引起的 全蛋白質組差異蛋白定量分析

2.亞細胞結構（細胞膜、細胞核、線粒體等） 全蛋白質組定量分析

3.全蛋白質組水平生物標志物的發(fā)現(xiàn)

 

非共價藥物作用靶點的化學蛋白質組學分析

活性小分子在發(fā)揮生物學功能時，若與靶點蛋白間的相互作用為非共價形式（如氫鍵、堆積），則可將該活性小分子改造具有相似活性的化學探針，并利用原位快速光交聯(lián)策略，在原生物學活性環(huán)境中，將非共價作用轉化為共價相互作用，從蛋白質組中直接捕獲活性分子的作用靶點，為揭示活性小分子的作用機制提供更詳細的信息。 該方法適用于活細胞、組織、細胞裂解液等多種樣本體系，活性小分子包括但不限于內(nèi)源性代謝物、中藥活性成分、天然產(chǎn)物、非共價藥物等。

服務內(nèi)容

非共價藥物分子探針的設計與改造

非共價藥物分子靶點蛋白的組學分析（基于凝膠成像與生物大分子質譜）

非共價藥物作用位點解析（基于質譜）

非共價藥物作用靶點驗證（靶向定量蛋白質分析/蛋白免疫印跡法）

 共價藥物作用靶點的化學蛋白質組學分析

在細胞或組織中，對共價藥物進行靶點發(fā)現(xiàn)時，可對該活性小分子進行簡單的化學改造，連接報告基團（生物素、生物正交基團等）。 在保留小分子原有活性的前提下，在活細胞或組織中直接捕獲與之作用的蛋白靶點，通過富集、酶解、質譜鑒定和數(shù)據(jù)分析，獲得靶點的組學信息與小分子作用的氨基酸位點信息。

然而很多活性分子不易改造，或與氨基酸殘基反應產(chǎn)物不穩(wěn)定而不適用于質譜檢測，因此，針對這類活性分子，競爭性位點鑒定是很好的解決策略。 該方法的核心技術是一種通用型化學探針，當活性小分子與氨基酸殘基反應而占據(jù)該位點時，與空白對照樣本相比，通用型化學探針對該位點的標記便產(chǎn)生信號差異，對這部分標記信號差異進行讀取，獲得活性分子的靶點蛋白和氨基酸位點信息，可同時包括on-target/off-target信息。 該方法適用于活細胞、組織、細胞裂解液等多種樣本體系， 活性小分子包括但不限于內(nèi)源性代謝物、中藥活性成分、天然產(chǎn)物、共價藥物等。

服務內(nèi)容

 

共價藥物探針設計與改造

共價藥物靶點蛋白的組學分析（基于凝膠成像與生物大分子質譜）

共價藥物作用位點解析（基于質譜）

共價藥物作用靶點驗證（靶向定量蛋白質分析/蛋白免疫印跡法）

共價藥物先導化合物篩選

 PROTAC蛋白靶點與降解圖譜分析

在全蛋白質組水平檢測PROTAC分子on target/off target，是該類藥物開發(fā)過程中的關鍵環(huán)節(jié)。

Proteolysis Targeting Chimeric (PROTAC)技術核心是發(fā)展能與靶蛋白結合并招募降解酶的雙功能分子，利用該分子招募泛素化酶靠近靶蛋白，從而使其泛素化降解，該技術可用于治療多種疾病。  

服務內(nèi)容

 

 

PROTAC在全蛋白質組層面的降解圖譜（基于質譜的蛋白質組學定量鑒定）

蛋白靶點的降解驗證（靶向定量蛋白質分析/蛋白免疫印跡法）

 非共價藥物結合口袋鑒定

在小分子藥物開發(fā)過程中，確定藥物與靶點蛋白之間的結合方式至關重要，一方面有助于理解藥物作用機制，另一方面為其后續(xù)結構優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。結構生物學技術，包括X-ray, cryo-EM, NMR等，已經(jīng)被廣泛應用于藥物結合模型確定中，尤其是高分辨率的藥物-蛋白共晶結構，能夠極大的幫助藥物結構優(yōu)化。然而，一直以來，蛋白質結構解析都是生命科學研究中的挑戰(zhàn)性任務，尤其是GPCR，離子通道等膜蛋白靶點。通常，為了得到蛋白質結構，需要進行蛋白質表達純化，人工篩選藥物和蛋白結晶條件，晶體數(shù)據(jù)采集和解析等過程，需要大量的時間和成本投入。

在細胞水平，確定藥物和靶點蛋白質的直接作用方式，是藥物開發(fā)者夢寐以求的事情，避免了蛋白質在純化過程中結構的丟失以及人工篩選的緩沖體系和高濃度藥物-蛋白條件帶來的假陽性。

流程圖

 

如圖所示，其原理是利用具有生物活性的光親和化學探針（與藥物分子活性類似），在藥物正常使用濃度下，與疾病相關細胞或組織孵育，原位快速光交聯(lián)即可將藥物分子探針與蛋白質靶點之間的非共價作用轉化為共價作用，經(jīng)過靶點蛋白質富集，酶切釋放非修飾肽段，選擇性富集藥物分子探針修飾肽段，借助于高分辨生物大分子質譜，即可快速確定肽段信息。

 

由于化學探針僅能與空間臨近的肽段，即結合口袋附近的肽段發(fā)生原位交聯(lián)，因此，通過該肽段信息不僅能夠確定靶點信息，同時能夠獲得藥物結合口袋信息，再借助于分子對接，能夠快速得到藥物與靶點蛋白質的結合模型，供后續(xù)實驗驗證與使用。