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我們的研究重點(diǎn)是膜蛋白的結(jié)構(gòu)表征和從頭蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)，以了解與人類疾病相關(guān)的生物過程并開發(fā)新的治療方法。

我們處理許多不同的生物學(xué)問題：

蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)：我們使用從頭蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)來測試我們的知識是否已經(jīng)足夠先進(jìn)，可以根據(jù)第一原理生成結(jié)構(gòu)和功能。我們的實(shí)驗(yàn)室還使用這種方法將所需的功能整合到生物系統(tǒng)中。
整合素抑制劑：我們研究整合素中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和構(gòu)象變化的機(jī)制，并設(shè)計(jì)了特定整合素的新型小分子抑制劑，用作組織纖維化和其他疾病的治療劑。
流感：我們研究甲型流感的基質(zhì) 2 蛋白 (M2)，它是在流感病毒包膜中發(fā)現(xiàn)的藥物靶標(biāo)。
阿爾茨海默?。何覀儗Y(jié)構(gòu)表征和破壞與阿爾茨海默病相關(guān)的 Aβ 積累感興趣。
細(xì)菌感知：我們對細(xì)菌感知環(huán)境和適應(yīng)不同環(huán)境壓力的機(jī)制感興趣。
計(jì)算工具：我們采用了一種受自然啟發(fā)的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)方法。

蛋白質(zhì)催化無數(shù)重要的物理化學(xué)反應(yīng)。蛋白質(zhì)通過在特定的三維方向上協(xié)調(diào)底物來做到這一點(diǎn)，因此了解結(jié)構(gòu)對于了解功能、疾病病因和藥物設(shè)計(jì)至關(guān)重要。我們的實(shí)驗(yàn)室使用從頭設(shè)計(jì)方法來探索控制水溶性和脂溶性蛋白質(zhì)的折疊、蛋白質(zhì)-輔因子和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用以及后續(xù)功能的原理。然后，我們使用各種生物物理方法來定義我們設(shè)計(jì)的成功。我們的從頭金屬蛋白 DF2 收錄在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中。

整合素抑制劑

整聯(lián)蛋白是異二聚體跨膜蛋白，在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、凋亡和細(xì)胞遷移等多種過程的信號通路中發(fā)揮關(guān)鍵作用。我們與 Joel Bennett (UPenn) 合作，研究整合素如 α IIb β 3和 α v β 3的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，重點(diǎn)研究蛋白質(zhì)跨膜區(qū)域的作用。與 Dean Sheppard (UCSF) 合作，我們還開發(fā)了血小板膠原受體中整合素 α 2 β 1的小分子抑制劑，現(xiàn)在確定了靶向 α v β 1和 α 5 β的新化合物1整合素分別對抗器官纖維化和呼吸系統(tǒng)疾病。到目前為止，我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了靶向 α v β 1的分子，可有效減少腎和肝纖維化小鼠模型中的纖維化標(biāo)志物，并使用這些分子證明這種整合素負(fù)責(zé)激活肺成纖維細(xì)胞上的 TGFβ。同樣，我們開發(fā)了有效且選擇性地抑制整合素 α 5 β 1的小分子，證明調(diào)節(jié)這種整合素可能是治療哮喘的新方法。DeGrado 目前的一個重點(diǎn)是使用藥物化學(xué)方法進(jìn)一步開發(fā)這些候選藥物以進(jìn)行臨床前測試。

流感

我們對流感的 M2 蛋白很感興趣，因?yàn)樗仁撬幬锇悬c(diǎn)，又是質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)的模型系統(tǒng)。M2 是一種質(zhì)子通道，是一類稱為金剛烷的藥物的靶標(biāo)，盡管病毒突變已導(dǎo)致耐金剛烷的流感病毒株變得普遍。M2 也是自然界中發(fā)現(xiàn)的最小的質(zhì)子通道之一，因?yàn)樗峭退木垠w，具有最小功能單體長度，只有 25 個氨基酸。我們使用 NMR 和晶體學(xué)對該系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究，我們還創(chuàng)建了針對 M2 的新 M2 抑制劑，然后測試它們的有效性。

阿爾茨海默氏病

多種神經(jīng)退行性疾病的特征是蛋白質(zhì)錯誤折疊。例如，Tau蛋白病是一組伴有錯誤折疊的tau蛋白沉積的神經(jīng)退行性疾病，包括阿爾茨海默病、慢性創(chuàng)傷性腦病、進(jìn)行性核上性麻痹、皮質(zhì)基底節(jié)變性等。盡管具有相同的致病因子，但這些疾病表現(xiàn)出廣譜性。臨床病理模式。同樣，神經(jīng)元蛋白α-突觸核蛋白的構(gòu)象異質(zhì)性與帕金森病、路易體癡呆和多系統(tǒng)萎縮等疾病有關(guān)。我們尋求結(jié)合生化/生物物理和細(xì)胞生物學(xué)方法來獲得對致病蛋白錯誤折疊的分子和細(xì)胞理解。

細(xì)菌感應(yīng)
細(xì)菌信號圖
雙組分系統(tǒng)是細(xì)菌中必不可少的刺激反應(yīng)機(jī)制。它由感知環(huán)境的跨膜組氨酸激酶和介導(dǎo)細(xì)胞反應(yīng)的反應(yīng)調(diào)節(jié)劑組成。我們通過雙組分系統(tǒng)研究與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象動力學(xué)。

我們的方法包括對細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)研究、純化蛋白質(zhì)的生化分析、通過 X 射線晶體學(xué)、H/D 交換質(zhì)譜、NMR 和 EPR 進(jìn)行的結(jié)構(gòu)和生物物理研究。

該項(xiàng)目與新的抗菌藥物開發(fā)具有協(xié)同作用，因?yàn)樵S多細(xì)菌使用雙組分系統(tǒng)來產(chǎn)生抗生素耐藥性。

計(jì)算工具
計(jì)算工具
我們使用幾種計(jì)算方法來幫助我們設(shè)計(jì)具有所需特性的蛋白質(zhì)。通過有效地在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中搜索感興趣的骨架或氨基酸基序，我們可以識別自然界中經(jīng)常發(fā)生的相互作用，然后可以將其用作我們設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。我們經(jīng)常將這種受自然啟發(fā)的方法與分子建模工具（如 Rosetta 和分子動力學(xué)模擬）結(jié)合起來。我們用這種方法追求的一些應(yīng)用是設(shè)計(jì)可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的肽，設(shè)計(jì)具有所需離子轉(zhuǎn)運(yùn)特性的跨膜蛋白，以及設(shè)計(jì)金屬或小分子結(jié)合位點(diǎn)。

對于氨基酸基序，我們使用我們實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的名為 Suns 的工具，該工具具有內(nèi)置的 PyMol 界面，可以使用搜索結(jié)果交互式構(gòu)建基序。對于主干基序，我們使用MadCat，它有效地將查詢基序的距離圖與 PDB 中數(shù)千種蛋白質(zhì)的預(yù)先計(jì)算的距離圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較。此外，我們還開發(fā)了 SuperCodons，這是一種工具，可以構(gòu)建與所選氨基酸分布密切匹配的隨機(jī) DNA 文庫。我們還開發(fā)了基于知識的 E(z)-3D 跨膜蛋白定向電位，它可以預(yù)測跨膜蛋白在膜內(nèi)的最有利方向。