黃昊課題組在人體先天免疫重要蛋白RNase L小分子調(diào)控研究領(lǐng)域取得進(jìn)展
黃昊實驗室近日在PNAS和Biochemical Journal發(fā)表通訊論文，報道了RNase L納摩爾活性的天然產(chǎn)物抑制劑EA和VAL有潛在的治療遺傳疾病AGS的功效。進(jìn)一步地，實驗室報道了FDA批準(zhǔn)抗癌藥物舒尼替尼Sunitinib通過與RNase L的假性激酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合，通過破壞RNase L活性二聚體的方式抑制RNase L的核糖核酸酶活性。這是一種異構(gòu)調(diào)節(jié)抑制機(jī)制。
? 寡腺苷酸合成酶-核糖核酸酶L系統(tǒng)（OAS-RNase L system）是一種干擾素誘導(dǎo)的人體先天免疫抗病毒途徑。病毒雙鏈RNA激活OAS酶表達(dá)，OAS合成第二信使2-5A，該信使結(jié)合并激活核糖核酸酶RNase L。在正常細(xì)胞中，OAS的激活被RNA腺苷脫氨酶ADAR1抑制。 ADAR1的突變是導(dǎo)致人類遺傳病艾卡迪綜合征（Aicardi-Goutière syndrome, AGS；又稱脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜異常-胼胝體發(fā)育不全一嬰兒痙攣綜合征）的重要原因之一，人細(xì)胞中的ADAR1活性缺失會導(dǎo)致內(nèi)源雙鏈RNA激活OAS-RNase L途徑，進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，引起AGS的神經(jīng)變性和炎癥性疾病癥狀。目前，針對于該遺傳疾病，還沒有有效的治療手段報道。
圖1 篩選獲得納摩爾活性天然產(chǎn)物抑制劑EA
為了確認(rèn)RNase L作為AGS的潛在治療靶標(biāo)，加拿大多倫多西奈山醫(yī)院Frank Sicheri實驗室，美國克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心Robert Silverman實驗室和北京大學(xué)深圳研究生院黃昊實驗室合作篩選并鑒定靶向RNase L的小分子抑制劑，獲得納摩爾水平抑制活性的天然產(chǎn)物小分子化合物鞣花酸（Ellagicacid，EA）（圖1）和其衍生物瓦隆酸雙內(nèi)酯（Valoneic acid dilactone, VAL）VAL在細(xì)胞水平上能有效地降低RNase L對RNA的降解且無細(xì)胞毒性，同時能夠逆轉(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（圖2）。該研究為使用小分子抑制劑調(diào)控RNase L功能及靶向RNase L用于評估治療AGS潛力的新途徑奠定基礎(chǔ)。該研究成果于2020年9月發(fā)表在PNAS雜志上。該研究由北京大學(xué)深圳研究生院黃昊特聘研究員、美國克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心Robert H. Silverman教授和加拿大多倫多西奈山醫(yī)院Frank Sicheri教授合作完成。多倫多西奈山醫(yī)院Salima Daou博士，多倫多大學(xué)Manisha Talukdar博士和北京大學(xué)深圳研究生院湯金樂博士為共同第一作者。文章鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2006883117
? 與COVID-19新冠疫情相關(guān)的，因為免疫過度反應(yīng)，細(xì)胞因子風(fēng)暴可能是導(dǎo)致新冠患者死亡率偏高的原因之一。RNase L抑制劑有潛在的緩解新冠患者過度免疫反應(yīng)的應(yīng)用，在文章中有所討論。
圖2.VAL無細(xì)胞毒性且可減緩dsRNA或ADAR1缺乏引起的細(xì)胞死亡。
在RNase L的抑制劑工作機(jī)制研究上，黃昊課題組進(jìn)一步運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)、酶學(xué)和生物物理實驗方法研究了FDA批準(zhǔn)抗癌藥物激酶抑制劑Sunitinib及類似物調(diào)控RNase L活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。RNase L含有三個結(jié)構(gòu)域，分別是N-末端的錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域、假性激酶結(jié)構(gòu)域和C-末端的核糖核酸酶結(jié)構(gòu)域。本研究獲得Sunitinib及衍生物與RNase L的共晶結(jié)構(gòu)，解析小分子與RNase L的ATP結(jié)合口袋相互作用機(jī)理，然后通過分子動力學(xué)模擬與動態(tài)光散射實驗揭示Sunitinib破壞RNase L活性二聚體構(gòu)象達(dá)到抑制RNase L的機(jī)制。靶向RNase L假性激酶結(jié)構(gòu)域中的ATP結(jié)合口袋，通過異構(gòu)效應(yīng)調(diào)節(jié)其核糖核酸酶活性是一種開發(fā)RNase L抑制劑的有效策略。更進(jìn)一步地，這種異構(gòu)效應(yīng)的抑制方式可能可以作為開發(fā)針對許多其他假激酶/激酶偶聯(lián)酶的調(diào)節(jié)劑的篩選方法（圖3）。該研究成果于2020年9月發(fā)表在Biochemical Journal雜志上。該研究由黃昊老師指導(dǎo)完成，黃昊課題組湯金樂博士，深圳灣實驗室王英杰副研究員和上海同步光源周歡博士為共同第一作者。 論文鏈接：https://doi.org/10.1042/BCJ20200260
圖3. Sunitinib及其衍生物與RNase L的共晶結(jié)構(gòu)。
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、深圳市孔雀計劃、美國NIH和加拿大CIHR基金的支持。
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