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假性激酶-核糖核酸酶RNase L是一個(gè)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(xì)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(shí)，RNase L同時(shí)也參與其他多種細(xì)胞生理活動(dòng)，比如細(xì)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(xué)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(xué)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(duì)RNase L進(jìn)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(gè)活性小分子片段，經(jīng)過對(duì)片段和天然產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)對(duì)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(jī)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(xì)胞水平上驗(yàn)證了Myricetin能夠有效抑制RNase L的剪切活性（圖1）。本文驗(yàn)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(shí)，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(gè)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(jī)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(xué)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(xué)基因組學(xué)省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一作者單位。以上工作得到了國家自然科學(xué)基金委、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)、美國NIH R01項(xiàng)目的基金的支持。北京大學(xué)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(duì)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(jī)制和化學(xué)調(diào)控研究領(lǐng)域取得了一系列的重要進(jìn)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(jī)制。2020年，課題組使用生物物理和生物化學(xué)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(jī)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(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作，用激酶專屬抑制劑庫針對(duì)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(xì)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(jī)制研究及其化學(xué)調(diào)控做出系統(tǒng)工作

參考文獻(xiàn)：

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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