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B肝藥物發現,圍繞進入步驟,蛋白質工程提供研究NTCP有價值方法_結構_preS_相互作用

B肝病毒(HBV)感染是全球主要公共衛生問題之一,有超過2.5億人慢性感染HBV。他們中許多人還同時感染了丁肝病毒(HDV),這是一種衛星病毒,需要依賴於B肝病毒才能完成自我複製和表達。

B肝藥物發現,圍繞進入步驟,蛋白質工程提供研究NTCP有價值方法

一、HBV新藥物靶點:NTCP

上述兩種常見病毒的慢性感染經常導致嚴重肝病,包括肝硬化和肝細胞癌,儘管目前抗病毒療法可以控制HBV複製並減緩疾病進展,但HBV領域依然存在未滿足的醫療需求。在慢B肝新機制候選藥物中,我們已經看到HBV進入抑製劑的多款開發進展,這主要是源於科學家通過鑒定HBV和HDV的高親和力肝宿主受體,即Na+/牛磺膽酸鹽協同轉運多肽(NTCP,基因符號SLC10A1),它在對抗HBV方面取得了顯著進展。

除了作為膽汁酸的肝髒攝取轉運蛋白的主要功能外,NTCP還對HBV和HDV進入肝細胞步驟至關重要!由於這一高級別發現,NTCP也成為HBV/HDV感染患者藥物開發的重要方向之一。德國吉森大學兩位科研人員Dariusz Zakrzewicz和Joachim Geyer在Biomedicines期刊上發表了一項研究與運用NTCP藥物發現直接相關。

來自:Biomedicines,使用 AlphaFold 預測的人類 NTCP 的三維模型

二、使用計算方法生成3D NTCP預測模型

研究人員介紹了一種新穎的機器學習方法——人類NTCP結構預測:同源性和計算方法,可將有關蛋白質結構的物理和生物學知識,利用多序列比對,融入深度學習算法的設計中。這一進展導致了對許多完整膜蛋白的結構預測,例如 hNTCP 序列號:AF-Q14973-F1),從而可以更深入地了解蛋白質折疊以及特定氨基酸在分子功能和相互作用中的作用。

三、蛋白質工程研究NTCP

藥物開發的一個重要先決條件是深入了解靶蛋白的三級/四級結構及其在配體結合時經歷的構象轉變。核磁共振 (NMR) 光譜學和X射線晶體學仍然是確定獨特的大分子結構和檢測它們在溶液中動力學的主要方法。最近,冷凍電子顯微鏡 (cryo-EM) 在分辨率方面取得了顯著改進並提供了幾個優點:

1、只需要少量蛋白質;

2、不需要蛋白質晶體形成;

3、最重要的是,可以在生物學相關環境中研究天然、水合狀態的蛋白質。

來自Biomedicines,膽汁酸轉運和 HBV/HDV 結合所必需的 NTCP 區域和氨基酸

然而,上述所有方法都需要耗時且實驗室密集型純化穩定、正確折疊合功能活性的蛋白質,對於NTCP等膜受體/轉運蛋白而言,這非常有挑戰性。除了基於蛋白質結構同源性或高度精確的計算方法(如 AlphaFold)的預測模型外,迄今為止尚未報導人類NTCP的確切結構。

儘管蛋白質工程方法,可能會增加蛋白質在體外的錯誤折疊/展開傾向,但如果控制得當,這種方法依然可以提供關於蛋白質結構確定、拓撲結構、蛋白質-蛋白質相互作用以及底物/配體的難以估量的信息。簡單來說,研究人員表達的意思是,蛋白質工程方法在研究NTCP功能方面很有價值。

4、NTCP對於HBV/HDV藥物發現重要性

在B肝病毒全生命周期中,首先是B肝病毒通過與肝細胞上的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖的低親和力結合與宿主連接。隨後B肝病毒與宿主表面蛋白受體相互作用,以利用網格蛋白介導的內吞途徑進行內化。2012年,NTCP被科學家確定為HBV和HDV的高親和力肝受體,這一重要發現為開發通過NTCP抑製作用的新型HBV/HDV進入抑製劑提供有價值信息。

研究人員介紹,在31種FDA批準的能夠抑製NTCP依賴性膽汁酸攝取化合物中,藥物包括厄貝沙坦、依折麥布、利托那韋、普萘洛爾、黃體酮、波生坦和免疫抑製劑環孢素 A (CsA) 。CsA可以通過干擾 preS1 肽和NTCP與IC50 0.31–1.2 µM 的相互作用以NTCP依賴性方式抑製HBV感染。相比之下,肉豆蔻酰化的 preS1 肽本身能夠以 80 pM 的 IC50 高效阻斷 HBV 感染 ,從而為開發Myrcludex B 提供了先決條件。

Myrcludex B在原代人類肝細胞中對膽汁酸轉運的 IC50 值為 52.5 nM,但在低得多的濃度下阻斷HBV感染(HBV 感染的 IC50 值為 80 pM)。因此,這種合成脂肽由 preS1 區域的 aa 2-48 組成,以及在2b/3a期臨床試驗中證明了對抗感染的有益效果,表明在單一治療6個月後,HBV/HDV慢性合並感染患者的HDVRNA水準顯著下降!目前,Myrcludex B已經在歐洲獲批用於治療慢性HDV感染,藥品名稱為Bulevirtide (Hepcludex®)。

小番健康結語:我們簡單梳理一下,德國吉森大學兩位研究人員的觀點。NTCP被鑒定對於B肝病毒、B肝病毒合並丁肝病毒感染都具有重要意義,開發相對應的NTCP小分子抑製劑有機會填補B肝研究領域未滿足的醫療需求。

同時,要想要此類藥物設計出來,科學家需要一些前沿工具如成熟的計算方法,比如藥效團方法、定量構效關係 (QSAR)、自由計算或識別NTCP小分子抑製劑的對接研究。這種虛擬篩選已經成功進行,為配體-受體相互作用帶來新見解。

NTCP結構生物學還有很多未解決問題,首先,必需確定3-D NTCP 結構以及配體(生理底物或病毒)結合後構象變化的機制。其次,需要評估模擬類膜環境條件下的NTCP膜拓撲結構。這可以通過使用結合膜支架蛋白的納米圓盤技術與單粒子電子低溫-EM來實現,該技術代表了用於確定完整膜蛋白和蛋白質複合物結構的創新技術。

第三,利用上述技術,有必要破譯NTCP與HBV相互作用以及宿主衍生蛋白與入侵病原體之間的串擾潛在機制。這包括確認已識別的病毒結合基序及識別病毒對接和感染後內化所需的新NTCP區域。由於缺乏合適的結構,HBV/HDV進入抑製劑的開發方法僅限於基於配體的方法。

因此,確定病毒/NTCP複合體的3D結構將啟用一種額外基於結構的方法,該方法更具體也更有希望。這種方法將有助於設計出旨在阻止NTCP驅動的HBV內化到人類肝細胞中新藥理學策略。返回搜狐,查看更多

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