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红外传感器助力药物设计 精准提升药效

导读: Klaus Gerwert与其德国波鸿鲁尔大学(Ruhr-Universitat Bochum)的研究团队利用红外(IR)传感器解决了该挑战,可在几分钟内实现追踪蛋白质构象变化。该红外传感器基于一种红外线可穿透的晶体设计而成,可实现吸收光谱的追踪。

许多药物是通过抑制特定蛋白质活性来影响细胞代谢的。为此,在蛋白囊状功能体中,实现药物与靶蛋白的结合,是完成该目标的关键。这种结合过程也可以改变蛋白质表面结构(这种现象称为蛋白质的构象变化),并打开有利于携带活性药物的新囊腔。

充分利用这些新结构是药物研究的“圣杯”,这是因为它们有机会提高活性药物的选择性,并减少副作用。然而,利用目前监测蛋白质表面结构的传统生物物理方法,要实现这一突破非常困难。虽然X射线晶体成像和核磁共振很高效,但它们的使用成本太高,且需要数周才能得到结果。因此,急需一种快速监测蛋白质结构的新工具来解困该现状。

利用红外传感器追踪蛋白质构象变化

据麦姆斯咨询报道,Klaus Gerwert与其德国波鸿鲁尔大学(Ruhr-Universitat Bochum)的研究团队利用红外(IR)传感器解决了该挑战,可在几分钟内实现追踪蛋白质构象变化。该红外传感器基于一种红外线可穿透的晶体设计而成,可实现吸收光谱的追踪。

当蛋白质在传感器表面结合时,会利用含有活性药物的液体进行清洗,然后对记录的光谱数据进行分析。红外光谱与蛋白质结构之间的相关性,可直接对频谱进行分子解析,并研究活性药物所诱发的蛋白质构象变化。该研究于2018年5月17日发表于Angewandte Chemie期刊。

研究人员通过研究热休克蛋白90(HSP90)的抑制,探究了这款传感器的应用,HSP90可帮助细胞中新转译的蛋白质形成正确的3D结构,并且是肿瘤细胞快速生长所需要物质。研究人员利用不同特异性结合模式,专门研究了HSP90中不同化合物所诱发的蛋白质构象变化。

红外传感器助力药物设计 精准提升药效

HSP90蛋白质正在进行构象变化的示意图

由吸收光谱得出的结论与X射线数据所得到的结果相吻合,清晰地表明:该红外传感器可用于跟踪构象变化。为了进一步验证该技术,研究人员还测量了几种化合物在同一时间相互作用的吸光度,并确认其各自结合模式。将理论结果与后来的晶体学实验结果相比较发现,在这两种情况下,即使构象差异很小,传感器均能识别正确的结合模式。

红外传感器助力设计更高效的药物

药物在体内的药效期与其分子脱离靶蛋白的速率相对应。活性药物与靶蛋白质结合的时间越长,药效就越好,所产生的副作用也就越小。基于红外传感器技术,可以通过近乎实时地提供药物与靶蛋白间相互作用的信息,来帮助制药公司设计新型且更高效的药物。

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