近日,，國際知名雜志ACS Catalysis (IF=12.221)在線發(fā)表了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張健等針對Ras蛋白的題為Deactivation Pathway of Ras GTPase Underlies Conformational Substates as Targets for Drug Design的研究論文，他們通過揭示Ras蛋白生物催化水解底物失活的動態(tài)過程,，闡明了Ras動態(tài)過程中的中間失活構(gòu)象,，基于此發(fā)現(xiàn)了一個全新的隱式變構(gòu)位點(Hidden Allosteric Site),，為后續(xù)靶向Ras蛋白的藥物設(shè)計開辟了新的途徑。
Ras是著名的癌基因,，它的突變會在超過30%的癌癥中發(fā)生,，而突變引起的Ras蛋白的異常激活也和癌癥發(fā)病過程緊密相關(guān)。一直以來,，人們對于Ras蛋白從激活到失活的轉(zhuǎn)變的動態(tài)過程了解尚淺,，對于Ras蛋白的結(jié)構(gòu)研究也一直乏善可陳，雖然前期已經(jīng)有多類靶向Ras蛋白的抑制劑被開發(fā),，但是它們無一能夠最終被應(yīng)用到臨床上針對Ras蛋白介導(dǎo)的癌癥的治療當(dāng)中,，因此，Ras蛋白也一直被認(rèn)為是不可成藥的（undruggable）,。
為了進(jìn)一步探索在Ras蛋白上進(jìn)行藥物開發(fā)的可能性,，研究者決定從它水解失活這一動態(tài)過程入手。利用基于Nudged Elastic Band方法的大規(guī)模分子動力學(xué)模擬以及馬爾可夫鏈分析,，他們發(fā)現(xiàn)了在Ras水解的通路上存在多個亞狀態(tài)（substates）（圖一）,。
基于這些亞狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)分析，研究人員提出了,，Ras蛋白的失活過程將會是一個分步過程,，即，水解的過程中，首先Ras蛋白中的SW1結(jié)構(gòu)域發(fā)生擺動,，與底物GTP之間的相互作用被破壞,；隨后進(jìn)一步SW2結(jié)構(gòu)域再發(fā)生擺動，與底物GTP之間的相互作用受影響,。經(jīng)歷了上述兩個分步的過程后,，最終原本結(jié)合的GTP會被水解成為GDP，完成蛋白的水解失活過程（圖二）,。
隨后,，基于上述所發(fā)現(xiàn)的一系列亞狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，他們對其進(jìn)行了隱藏在蛋白內(nèi)部的變構(gòu)藥物位點(隱式變構(gòu)位點)識別,，并發(fā)現(xiàn)了一個全新的隱式變構(gòu)位點P4（T20, I21,Q25, E31, I36, D38, I55）,。該位點不僅會對于Ras蛋白自身的GTP酶酶活具有調(diào)節(jié)作用，并且還位于Ras蛋白和一系列效應(yīng)蛋白（effector）相互作用的界面上（圖三）,。而利用突變實驗,，他們進(jìn)一步闡明了這個位點的變構(gòu)調(diào)節(jié)效應(yīng)，證實了該位點對于Ras蛋白特異性的變構(gòu)調(diào)節(jié)作用,。該位點的發(fā)現(xiàn)將為后續(xù)針對Ras蛋白的變構(gòu)藥物開發(fā)提供指導(dǎo),，并且也為針對Ras與下游效應(yīng)蛋白的蛋白相互作用調(diào)節(jié)劑的藥物設(shè)計提供理論依據(jù)。
該研究以Ras蛋白為例,，系統(tǒng)提出了在蛋白結(jié)構(gòu)表面無變構(gòu)位點情況下,，如何發(fā)現(xiàn)“隱式變構(gòu)位點”的方案，不僅為Ras提供了未來藥物研發(fā)的新位點,，也為更多此前被認(rèn)為難成藥靶標(biāo)的變構(gòu)藥物設(shè)計提供了全新思路和經(jīng)典案例,。本工作第一作者為上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院陸紹永副教授、倪端（本科生）和王承祥（博士生）,，課題受到國家自然基金重大研究計劃,、科技部重大項目及重大新藥創(chuàng)制等多個項目的資助。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b02556
