李子刚课题组在手性诱导螺旋(CIH)方法学以及生物应用领域中取得重要突破

作者:scbb    时间:2017-10-11 15:21:39    点击率:

       调控蛋白-蛋白相互作用(PPIs)是疾病治疗靶点的重要方向,而通过化学手段将多肽稳定在某一固定构象的稳定多肽是重要的调节PPI的代表性化合物。“手性诱导螺旋”(CIH)稳定多肽二级结构的概念在2016年由李子刚课题组首次提出(Hu K., et al., Angew. Chem. Int  Ed., 2016, 55,8013),研究指出侧环单个手性中心可以调控多肽的螺旋度,穿膜性以及靶蛋白结合能力。随后,该手性诱导螺旋的概念在亚砜(Zhang Q., et al., Sci. Rep., 2016, 6, 38573; Li J. et al. Bio. Med. Chem., 2016, 1756.),硫亚胺(Lin H., et al., Chem. Commun., 2016,52,10389; Lin, H. et al. Org. Bio. Chem., 2016, 9993.),硫盐(Shi X.& Jiang Y.et al., Chin. Chem. Lett., 2017, in press)环肽体系中得到了证明,并且在更大的环体系中(i/i+7)也表现出类似的规律(Hu K. & Sun C., et al., Chem. Commun., 2017, 53,6728)。基于该体系,该课题组在围绕“手性-结构-活性”的研究中,发现并证明侧环双手性中心具有协同调控多肽结构的特征(Hu K.& Sun C., et al.,Bioconj. Chem., 2017, 28,1537),并且额外的手性中心可以作为多肽二次修饰的把手(Hu K.& Sun C., et al., Bioconj. Chem., 2017,28,2001),对多肽进行多样性修饰。多肽穿膜是一个复杂而且重要的问题,对于多肽二级结构如何影响穿膜一直缺乏令人信服的研究结果,最大的阻碍是无法得到序列完全一致,但是结构截然不同的两组多肽。基于CIH体系,课题组合成了系列多肽,对多肽的二级结构与多肽的穿膜性的关系进行了系统的研究(Hu K.& Li W., et al., Bioconj. Chem., 2016, 27,2824),结果表明,多肽穿膜是由多重因素共同决定。但是,对于指定序列的多肽,增加螺旋度,可以显著提高多肽的穿膜能力。

       之后,李子刚课题组将此“手性诱导螺旋(CIH)”的方法应用于模型多肽KLA凋亡肽。KLA凋亡肽的弱的细胞膜穿透能力阻碍了其生物学应用。应用CIH的多肽稳定修饰方法得到的两个异构体中,R构型的CIH-KLA多肽的螺旋性、细胞膜穿透能力和细胞的促凋亡活性显著提高(Li,J. et al. Chem. Comm., 2017, 53,10452)。该工作表明,手性诱导多肽概念可以被有效的应用在生物学研究中。

       多肽的二级结构对多肽生物活性具有重要的影响,这种影响在体外实验中已经证明,但是,在更为复杂的动物体内,缺乏直接的实验结果来说明。李子刚课题组设计了针对P53/MDM2(MDMX)这一重要蛋白-蛋白相互作用的手性诱导螺旋多肽,通过调控多肽侧环取代基的种类,多肽成环的位置,得到了对MDM2/X具有较好结合能力的多肽PhR/MeR。在研究中,作者选用了多肽PhR/MeR的异构体PhS/MeS作为对照组。在体外和体内试验中,PhR/MeR皆表现出更好的生物活性。研究者选用了类肿瘤干细胞PA-1作为动物实验的模型,通过三周给药后,PhR表现出最好的抑瘤效果,其中小分子药nutlin-3的对照组抑瘤效果不明显。该课题首次使用‘序列一致,结构不同’的多肽作为研究对象,实验结果确切的回答了多肽二级结构对生物活性的重要性这一问题。同时,研究结果还表明,多肽的靶标结合能力以及穿膜性在决定体内活性上具有协同作用。

       该研究成果于近日在线发表于国际著名医学期刊《Theranostics》(治疗诊断,IF: 8.7)题为“In-tether chiral center induced helical peptide modulators target p53-MDM2/MDMX and inhibit tumor growth in stem-like cancer cell” 文章, (DOI:10.7150/thno.19840,链接:http://www.thno.org/v07p4566.htm)。该工作在理论上以及应用上都有重要的意义,不仅帮助研究者认识多肽结构与活性的关系,而且开发的多肽调节剂在对抗肿瘤干细胞方面展示出良好的效果,为肿瘤干细胞的研究及临床治疗提供了新的思路。 对于手性诱导多肽的进一步研究正在进行中,本研究由李子刚教授指导完成,胡宽博士和尹丰博士后(共同第一作者)及课题组成员合作完成。该工作得到了国家自然科学基金,深圳市创新基金以及深圳市孔雀计划项目的资助。(文字/胡宽,尹丰)