近日，國(guó)際知名雜志《美國(guó)化學(xué)會(huì)·催化》（ACS Catalysis，影響因子12.221）在線發(fā)表了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張健等針對(duì)Ras蛋白的題為Deactivation Pathway of Ras GTPase Underlies Conformational Substates as Targets for Drug Design的研究論文，通過(guò)揭示Ras蛋白生物催化水解底物失活的動(dòng)態(tài)過(guò)程，闡明了Ras動(dòng)態(tài)過(guò)程中的中間失活構(gòu)象，基于此發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的隱式變構(gòu)位點(diǎn)(Hidden Allosteric Site)，為后續(xù)靶向Ras蛋白的藥物設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的途徑。
Ras是著名的癌基因，它的突變會(huì)在超過(guò)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(guò)程緊密相關(guān)。一直以來(lái)，人們對(duì)于Ras蛋白從激活到失活的轉(zhuǎn)變的動(dòng)態(tài)過(guò)程了解尚淺，對(duì)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(kāi)發(fā)，但是最終無(wú)一能夠被應(yīng)用到臨床上針對(duì)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(kāi)發(fā)的可能性，此次，研究者決定從它水解失活這一動(dòng)態(tài)過(guò)程入手。利用基于Nudged Elastic Band方法的大規(guī)模分子動(dòng)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(gè)亞狀態(tài)（substates）。
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(guò)程將會(huì)是一個(gè)分步過(guò)程，即，水解的過(guò)程中，首先Ras蛋白中的SW1結(jié)構(gòu)域發(fā)生擺動(dòng)，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(dòng)，與底物GTP之間的相互作用受影響。經(jīng)歷了上述兩個(gè)分步的過(guò)程后，最終原本結(jié)合的GTP會(huì)被水解成為GDP，完成蛋白的水解失活過(guò)程。
隨后，基于上述所發(fā)現(xiàn)的一系列亞狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，研究人員對(duì)其進(jìn)行了隱藏在蛋白內(nèi)部的變構(gòu)藥物位點(diǎn)(隱式變構(gòu)位點(diǎn))識(shí)別，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的隱式變構(gòu)位點(diǎn)P4（T20, I21,Q25, E31, I36, D38, I55）。該位點(diǎn)不僅會(huì)對(duì)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。而利用突變實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步闡明了這個(gè)位點(diǎn)的變構(gòu)調(diào)節(jié)效應(yīng)，證實(shí)了該位點(diǎn)對(duì)于Ras蛋白特異性的變構(gòu)調(diào)節(jié)作用。該位點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)將為后續(xù)針對(duì)Ras蛋白的變構(gòu)藥物開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)，并且也為針對(duì)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(jì)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(wú)變構(gòu)位點(diǎn)情況下，如何發(fā)現(xiàn)“隱式變構(gòu)位點(diǎn)”的方案，不僅為Ras提供了未來(lái)藥物研發(fā)的新位點(diǎn)，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(jì)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(guó)家自然基金重大研究計(jì)劃、科技部重大項(xiàng)目及重大新藥創(chuàng)制等多個(gè)項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b02556
