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限制微RNA轉(zhuǎn)錄因子活性的小分子篩選方法
閱讀:800 發(fā)布時(shí)間:2014-2-24提 供 商 | 上海恒遠(yuǎn)生物科技有限公司 | 資料大小 | 137.5KB |
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據(jù)《化學(xué)與工程新聞》(C&EN)周刊2014年2月17日?qǐng)?bào)道,美國斯克利普斯研究所(The Scripps Research Institute)和布法羅大學(xué)(The University at Buffalo)的研究人員合作,研究發(fā)現(xiàn)小分子可以抑制微小核糖核酸(微RNA)轉(zhuǎn)錄因子的活性(Small Molecules Block Activity of MicroRNA Transcription Factors),這項(xiàng)研究結(jié)果對(duì)于藥物發(fā)現(xiàn)意義重大,因?yàn)樽璧K或限制微RNA就意味著使癌細(xì)胞中的致死基因保持沉默而不會(huì)興風(fēng)作浪。要在成千上萬的分子中找到可以限制微RNA活性的小分子可以說如同大海撈針,技術(shù)分析小分子(形狀)和折疊RNA序列(黑色線條) 之間的相互作用(見下圖中的上方圖示),來識(shí)別可以限制與癌癥相關(guān)的微RNA-96(如左下角圖示)活性的苯并咪唑(如右下角圖示)之類的藥劑。
NEEDLE IN A HAYSTACK
Technique analyzes interactions (top) between small molecules (shapes) and folded RNA sequences (black lines) to identify agents such as a benzimidazole (bottom right) that blocks cancer-associated miRNA-96 (bottom left).
研究人員開發(fā)了一種可以確定具有限制微小核糖核酸(miRNAs)功能的小分子的計(jì)算方法,該方法對(duì)于癌癥和其他疾病的目標(biāo)細(xì)胞而言是非常重要的。研究結(jié)果于2014年2月9日在《天然化學(xué)生物學(xué)》(Nature Chemical Biology)雜志發(fā)表——Sai Pradeep Velagapudi, Steven M Gallo,Matthew D Disney. Sequence-baseddesign of bioactive small molecules that target precursor microRNAs. Nature Chemical Biology; Published online 09 February 2014; DOI:10.1038/nchembio.1452。這類可以限制微RNA活性的藥劑之一,具有一種選擇性的抗癌活性,表明基于此方法篩選的藥物可能比傳統(tǒng)癌癥化療藥物的副作用更少。
miRNAs是三維折疊的蛋白質(zhì)未編碼的RNA類小分子,而且可調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。在各種疾病如癌癥中則出現(xiàn)過表達(dá),在免疫反應(yīng)中起到調(diào)節(jié)關(guān)鍵步驟的作用。
諾貝爾獎(jiǎng)得主、分子生物學(xué)家和生物化學(xué)家、美國麻省理工學(xué)院的菲利普·A·夏普(Phillip A. Sharp)教授對(duì)此研究成果評(píng)議認(rèn)為,除了抗生素將細(xì)菌核糖體中的RNA作為目標(biāo)之外,幾乎沒有開發(fā)出具有調(diào)節(jié)RNA功能作用的小分子,特別是在此之前miRNAs還沒有可行的藥物靶點(diǎn)。但是,這種新技術(shù)的能力就是來確定可以限制miRNA活性,“提供一組新藥物”的小分子,來彌補(bǔ)以往之空缺。
美國佛羅里達(dá)斯克里普斯研究所的馬修·D·迪斯尼(Matthew D. Disney)和開發(fā)這種新方法的同事們,用其已經(jīng)確定了20多種可以與miRNAs相應(yīng)位點(diǎn)相互作用的小分子。其*的候選藥物就是一種苯并咪唑(benzimidazole)化合物,會(huì)使miRNA-96的功能失去活力,而miRNA-96就是一種與癌癥有關(guān)的miRNA。其活性類似于以前開發(fā)的miRNA-96-inhibiting antagomirs,這些物質(zhì)都是一些通過特殊序列結(jié)合的,可以限制miRNA活性的寡核苷酸類物質(zhì)(oligo-nucleotides)。但antagomirs不容易進(jìn)入細(xì)胞,在體內(nèi)迅速降解,而小分子如苯并咪唑類(benzimidazoles)類物質(zhì)可以透過細(xì)胞,且往往持續(xù)時(shí)間更長。miRNA antagomir是經(jīng)過特殊化學(xué)修飾的miRNA拮抗劑,通過與體內(nèi)的成熟miRNA強(qiáng)競爭性結(jié)合,阻止miRNA與其靶基因mRNA的互補(bǔ)配對(duì),抑制miRNA發(fā)揮作用。與普通抑制劑相比,miRNA antagomir在動(dòng)物體內(nèi)外具有更高的穩(wěn)定性和抑制效果,且能克服體內(nèi)細(xì)胞膜、組織等障礙富集于靶細(xì)胞。antagomir在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中不需要轉(zhuǎn)染試劑,從而避免了轉(zhuǎn)染試劑包裝過程的復(fù)雜步驟及其對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中可用全身或局部注射、吸入、喂藥等方法進(jìn)行給藥,作用效果持續(xù)時(shí)間可長達(dá)數(shù)周。
與antagomirs不同,苯并咪唑與miRNA-96前體中的折疊結(jié)構(gòu)基元結(jié)合,并不是與其本身的序列結(jié)合。小分子限制或阻礙miRNA-96的正常功能,即在癌細(xì)胞內(nèi)抑制誘導(dǎo)凋亡FOXO1蛋白,該蛋白可能是一種細(xì)胞增殖的負(fù)性調(diào)節(jié)因子,同時(shí)亦是一種細(xì)胞凋亡促進(jìn)因子,苯并咪唑是通過細(xì)胞凋亡而引起腫瘤細(xì)胞死亡。但是它并不會(huì)對(duì)沒有FOXO1蛋白的細(xì)胞產(chǎn)生影響,這意味著類似苯并咪唑的藥物可能藥物副作用zui小。
為了找到抗miRNA的小分子,迪士尼及其合作者采用一個(gè)名為Inforna的計(jì)算技術(shù)從序列來預(yù)測miRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu),然后使用一個(gè)小分子/RNA相互作用數(shù)據(jù)庫,識(shí)別可透過細(xì)胞的化合物,這種方法雖然有確定小分子藥物的能力,但是迪斯尼認(rèn)為從miRNA序列來開發(fā)藥物尚有“許多疑慮有待解決。”
美國北卡羅萊納大學(xué)(University of North Carolina)的RNA折疊生物信息學(xué)家(RNA-folding bioinformatician)Alain Laederach對(duì)此研究結(jié)果評(píng)議說,“這是一項(xiàng)在選擇細(xì)胞調(diào)節(jié)器的核心類作為目標(biāo)進(jìn)行研究的突破性成果,這種類型的化學(xué)打開一個(gè)潛在治療目標(biāo)的全新世界。”