小分子GPR40激动剂作为抗Ⅱ型糖尿病候选药物的研究进展

目前治疗Ⅱ型糖尿病的主要手段依然是口服或注射降糖药物以达到控制血糖的目的.虽然已有针对不同靶点开发的多种抗Ⅱ型糖尿病药物上市,但是鉴于糖尿病治疗药物长期服用的高安全性要求以及庞大的患病人群,研发新型安全有效的抗糖尿病药物仍然是当今药物化学研究的热点.GPR40是G-蛋白偶联受体家族中的一员,激动后可以诱导葡萄糖依赖的胰岛素分泌.因为仅在血糖浓度过高时,GPR40激动剂才能促进胰岛素分泌,所以针对该靶点开发降糖药物将极大地降低目前抗糖尿病药物低血糖副作用的风险.因此,GPR40已成为抗Ⅱ型糖尿病药物研发的前沿和热门靶点,本文将围绕小分子GPR40激动剂的药效团模型,即必需的苯丙酸核心骨架及其疏水末端和连接链的结构改造,对近年来各大制药公司及研究机构报道的小分子GPR40激动剂的研发进展进行总结评述.     

从生物有机化学到化学生物学

生物体系中的发现一直是与小分子连系在一起的.生物有机化学是生物学和有机化学相互交叉发展起来的新领域,特别是小分子与蛋白结合后引起蛋白功能变化的研究如抑制作用和活化.化学生物学和结构多样性有机合成使系统研究生物学成为可能,人工转录因子可以用作探针来发现生命过程中新的奥秘.     

化学生物学解析疾病中O-GlcNAc糖基化功能:研究工具与策略

O-连接β-N-乙酰葡糖胺(O-GlcNAc)糖基化是广泛存在于蛋白质丝/苏氨酸残基的翻译后修饰.这一动态、可逆单糖修饰以位点特异性方式影响底物蛋白的结构和生物学功能,参与调控几乎所有细胞生理过程和重大疾病的演进过程.随着研究深入,O-GlcNAc糖基化生物功能的系统解析需要更多特异、精准的研究工具和糖蛋白质组学研究策略.近年来,化学生物学领域开发了包括小分子糖探针、生物正交糖代谢标记物、化学酶法、特异性抗体和凝集素等多种O-GlcNAc糖基化分析工具和方法,以此为基础进一步发展了O-GlcNAc糖蛋白质组学研究策略.同时,借助高分辨质谱,大量蛋白质O-GlcNAc修饰位点得以鉴定,极大促进了位点特异性O-GlcNAc的生物功能研究.本文综述了近年来这一领域的研究进展,以期为更多化学工具的开发提供依据,为揭示O-GlcNAc糖基化在疾病演进中的功能提供新的研究思路和策略.     

化学遗传学简介

化学遗传学是20世纪90年代开始兴起的交叉学科,是利用生物活性小分子与蛋白相互作用研究生物学系统功能的一种方法,是经典遗传学的补充。化学遗传学的历史可以追溯到几百年前。在现代药物靶标的发现上,化学遗传学起着非常重要的作用。     

四种蛋白水解酶在不同分子筛上的吸附固定

系统研究了α-胰凝乳蛋白酶、木瓜蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶和嗜热杆菌蛋白酶4种蛋白水解酶在一系列分子筛上的吸附固定. 所用分子筛载体包括微孔分子筛: HY、NaY、NH4Y、MCM-22、Hβ沸石, 改性Y沸石: HDAY、HNH4DAY以及介孔分子筛MCM-41. 结果表明, 不仅分子筛的结构与酶的性质对酶的固定化量与固定化酶的活性有重要影响, 而且吸附固定化条件如缓冲液的pH值和酶的浓度等对酶的吸附固定化也有显著影响. 在多数情况下, pH值为6时蛋白水解酶在分子筛上的吸附固定化的量较高, 随着pH值进一步升高吸附量降低. 探讨了蛋白水解酶与不同分子筛之间的相互作用, 例如α-胰凝乳蛋白酶在Hβ沸石上吸附固定化量最高, 而固定在MCM-22上的α-胰凝乳蛋白酶的活性最高, 这显然与其吸附状态有关.     

PPAR激动剂的定向设计、虚拟筛选及合成

过氧化物酶体增殖因子活化受体(PPAR)是核受体超家族的一员.基于受体结构的药物分子设计与组合化学策略相结合,构建了过氧化物酶体增殖因子活化受体(PPAR)激动剂的虚拟化合物库.将已知小分子配体(GW409544)与PPAR晶体复合物进行剥离,得到受体的活性构象,并利用此活性受体分子与虚拟库中小分子进行对接和虚拟筛选,得到理论上结合较强的化合物,并对这些化合物进行合成,共合成9个新化合物.活性筛选结果显示化合物对PPAR具有一定的亲和力,其中有三个化合物显示出对PPARα,PPARγ的双重激动作用,从而指导新活性化合物的设计和合成.     

电喷雾多级质谱研究功能小分子与蛋白质的非共价相互作用——推荐一个化学生物学教学实验

肌红蛋白不仅便宜易得,而且自身就是一种由蛋白质和铁卟啉环辅基通过非共价相互作用构成的复合物.因此,以肌红蛋白为研究模型,带领学生实践基于电喷雾多级质谱技术的酶抑制剂直接筛选策略,重点考查不同有机溶剂比例及pH等样品制备条件对复合物测定结果的影响,以及如何利用二级质谱技术实现功能小分子配体的在线定性分析.该实验已在我校化学生物学专业本科生"化学生物学综合实验"教学工作中进行了多轮教学实践,通过实践不断优化实验设计,取得了良好的教学效果.     

甜菜碱与藻胆蛋白超分子复合体相互作用的分子机制

甘氨酸甜菜碱是具有重要生物学意义的生物小分子,它可以保护细胞、蛋白和酶的结构功能完整性,也会导致蛋白超分子结构松散、功能钝化,这两种相反作用的分子机制尚不清楚．本文以超分子藻胆蛋白和藻胆体为模型,证明甜菜碱导致超分子藻胆体结构松散、各组份能量失耦合,最敏感的作用位点是核．膜连接多肽,其次是杆一核连接多肽．C－藻蓝蛋白三聚体与单体对甜菜碱的相应完全不同,前者结构松散而后者相对聚集．甜菜碱屏蔽静电吸引力导致结构松散但强化基元蛋白之间的疏水作用力是两种相反现象的本质,甜菜碱最终导致C－藻蓝蛋白三聚体和单体相同的光谱特征是两种机制的“折中”．     

蛋白-蛋白相互作用小分子抑制剂研究进展

蛋白-蛋白相互作用在生物过程中扮有非常重要的角色,并且与人类疾病息息相关.因此,基于蛋白-蛋白相互作用的小分子抑制剂的研究为新药研发提供了更好的思路与方向.对近几年来合成的几类蛋白-蛋白相互作用小分子抑制剂的设计、化学结构、生物活性及研究进展进行了较为详细的综述,对其发展趋势进行了展望.     

外缘烷基链长对共轭有机小分子聚集行为及光电性质影响

改变分子化学结构和调控分子结构聚集态行为从而影响或改变材料的化学和物理性质, 是开发新型高效有机光电功能材料的重要手段. 在共轭有机分子外缘引入烷基链一般是为了改进材料溶解性能, 但近来的一些研究表明, 烷基链长对一些共轭有机小分子固态聚集行为和光电性质具有重要影响, 烷基链扮演着显著调控材料光电性质的“功能基团”作用. 本文以聚集诱导发光（aggregation-induced emission, AIE）/聚集强化荧光（aggregation enhanced emission, AEE）发射共轭有机小分子为重点, 对近年来有关烷基链长对共轭有机分子聚集形态和光电性质影响的一些典型事例进行评述, 旨在使人们在进行共轭有机分子设计合成及其结构与性能关系研究中能够关注烷基链的因素, 使烷基链变化作为功能导向晶态共轭有机材料设计合成及其可控制备的一种手段.     

类肽与金属蛋白酶抑制剂类抗肿瘤药物研究进展

类肽作为天然活性肽的结构或功能模拟物,具有3个优点：一是能够保留天然肽的底物功能,二是可改善其代谢性质,三是可提高其作用的靶向专一性等特点．高活性的类肽分子设计可通过构象限定、结构改造和非肽模拟物设计的构思等多种手段实现．目前肿瘤化疗药物开发的研究热点已由细胞毒药物转向靶向治疗药物,在肿瘤发生发展过程中起关键作用的许多蛋白酶和肽酶陆续被发现,因此类肽作为潜在的肿瘤化疗药物已倍受关注,而如何设计具有抗肿瘤活性的小分子类肽酶抑制剂则已成为研究的热点．本课题组多年来一直致力于研究开发APN、MMPs及HDACs的小分子类肽抑制剂作为靶向抗肿瘤药物先导物．这三种锌离子依赖性金属蛋白酶在肿瘤的生长侵袭转移、血管生成和基质降解等发展进程中起着关键作用,靶向于该类生物靶点的小分子类肽抑制剂具有开发成为高选择性抗肿瘤药物的巨大潜力．     

基于活性的蛋白质组分析

众多物种基因组解码工作的完成极大地丰富了我们对这些生命体系组成复杂度的认知, 然而下一个更为严峻的挑战是如何快速准确地解析这些基因编码蛋白的分子功能, 这也是当前蛋白质组学领域亟待解决的一个重要科学问题. 基于活性的蛋白质组分析是近些年来一项新兴的技术平台, 它致力于在复杂的生命体系中系统地鉴定某类具有特定功能的蛋白质分子. 在本篇短综述中, 我们将对该化学生物学技术的发展做一个简要的回顾, 重点介绍该技术在未知蛋白的功能解析、小分子抑制剂的筛选以及活性小分子靶标蛋白的鉴定等方面的工作, 最后将对该技术未来发展的走向及其拓展应用做前瞻性的讨论.     

我国化学生物学研究新进展

作为化学领域的一门新兴二级学科,化学生物学已经成为具有举足轻重作用的交叉研究领域,是推动未来生命和化学学科发展的重要动力。近年来,我国的化学生物学研究正在以前所未有的速度蓬勃发展,在基础建设、人才培养、研究经费支持等方面都有了长足的进步。尤其是以国家自然科学基金委"基于化学小分子探针的信号转导过程研究"重大研究计划为依托,我国的化学生物学工作者以小分子探针为工具,充分发挥化学与生命科学等多学科综合交叉的优势,对细胞信号转导中的重要分子事件和机理进行了深入的探索,在一些前沿方向上取得了突出的成绩,相关研究结果多次发表在顶级的国际期刊上。本文对近两年来我国化学生物学领域取得的突出进展加以归纳和介绍:(1)基于小分子化合物及探针的研究。利用有机化学手段,通过设计合成一系列多样化的小分子化合物,以这些探针为工具深入开展了细胞生理、病理活动的调控机制、细胞关键信号转导通路及重要靶标、抑制剂和标记物的发现、基于金属催化剂的活细胞生物分子激活等方面的研究;(2)以化学生物学技术为手段,着重发展了针对蛋白质、核酸和糖等生物大分子的合成、特异标记与操纵方法,用以揭示这些生物大分子所参与的生命活动的调控机制;(3)采用信号传导过程研究与靶标发现相结合,以实现"从功能基因到药物"的药物研发模式,发展了药物靶标功能确证与化合物筛选的联合研究策略;(4)以化学分析为手段,发展了在分子水平、细胞水平或活体动物水平上,获取生物学信息的新方法和新技术。这些研究成果极大地推动了我国化学生物学的进步。共引用63篇参考文献。     

基于非特异性蛋白酶连续酶解的蛋白质全序列测定方法

对蛋白质全序列进行测定,有助于分析蛋白质的结构,揭示蛋白质的生物学功能.针对目前基于质谱的蛋白质测序流程中使用特异性蛋白酶酶解产生的肽段种类少、重叠度低、序列拼接困难等问题,发展了一种基于非特异性蛋白酶连续酶解的蛋白质全序列测定方法.构建了连续酶解装置,并使用多种非特异性蛋白酶对蛋白质进行连续酶解.利用非特异性蛋白酶酶解位点的非特异性、不同的酶解时间以及不同种类蛋白酶酶解产生肽段的互补性,提高蛋白质酶解肽段的种类和重叠度,并发展了蛋白质序列拼接算法对液相色谱质谱联用(LC-MS/MS)和从头测序获得的肽段序列进行拼接.将此方法应用于牛血清白蛋白和单克隆抗体赫赛汀的全序列测定,在不考虑亮氨酸和异亮氨酸的情况下,对牛血清白蛋白和赫赛汀轻链的测序准确度达到100%,赫赛汀重链的测序准确度为99.7%.     

核酸G-四链体的识别、复合物结构与细胞内探测的研究进展

富含鸟嘌呤的DNA或RNA序列可以折叠成非典型G-四链体二级结构. G-四链体结构丰富多样,在生物体内动态存在,参与了转录、复制、基因组稳定性和表观遗传调控等关键的基因组功能,与癌症生物学密切相关. G-四链体的结构与功能机制研究促进了以G-四链体为靶点的肿瘤治疗干预.本文综合评述了核酸G-四链体的特异性识别、细胞内探测及生物学功能的调控,总结了识别靶向G-四链体的小分子及复合物结构的研究进展,讨论了以G-四链体为靶点的靶向干预及疾病治疗的可能性,最后展望了G-四链体未来研究所面临的挑战与机遇.     

化学生物学新前沿——化学蛋白质组学

随着包括人类在内的主要模式生物的基因组计划的完成,生命科学的研究重心转向蛋白质组的研究--在对应基因组的整体蛋白质水平上系统研究调控细胞生命活动的蛋白质.化学蛋白质组学是化学生物学在后基因组时代的最新发展:化学蛋白质组学利用化学小分子为工具和手段,以基于靶蛋白质功能的新战略探测体内蛋白质组,是新一代的功能蛋白质组学.本文综述了化学蛋白质组学的最新进展、有关技术及其在生物医学和药物研发等方面的应用,并对化学蛋白质组学的发展趋势和前景进行了讨论.     

纳米颗粒-蛋白相互作用及其生物效应研究

纳米颗粒和蛋白分子的相互作用及其生物学效应是当今纳米生物领域的研究热点之一,对于正确评估纳米安全性,指导纳米颗粒的生物学应用具有重要意义.本文首先介绍了纳米颗粒和蛋白分子之间的相互作用,在总结国内外相关文献和课题组工作的基础上,重点阐述了纳米颗粒-蛋白冠对蛋白分子的结构和功能、纳米颗粒的生物相容性及细胞摄取等的影响,指出在进一步的工作中,应注重研究纳米颗粒-蛋白冠对某一具体生物学过程的影响,为设计具有不同生物学应用的纳米颗粒-蛋白冠提供基础.     

基于蛋白质骨架的人工水解酶的理性设计

蛋白质是生命体的重要组成部分,其中生物酶在生命体系中发挥至关重要的作用。蛋白质分子设计是研究生物酶结构与功能关系的重要手段。本文综述了基于蛋白质骨架的人工水解酶的理性设计与功能研究进展,包括对天然蛋白的重新利用和重新改造,基于3-股螺旋、4-股螺旋或锌指蛋白的分子设计,以及血红蛋白(如细胞色素b₅和肌红蛋白突变体)水解酶催化活性的调控等,阐明了人工水解酶分子设计的基本思路与研究方法,为合理构建人工水解酶或其他生物酶提供了重要的信息。人工水解酶的理性设计进展,不但深化我们对天然酶结构-性质-反应-功能关系的认识,而且还提升我们创造具有优越功能的人工生物酶的能力。     

毒蕈碱型M1受体的同源模建和分子对接

采用同源模建方法对M1受体的三维结构进行了模拟, 将得到的模型分别与M受体完全激动剂乙酰胆碱和M1受体选择性激动剂占诺美林进行分子对接, 形成非特异性激动和特异性激动的受体-配体复合物. 用分子动力学模拟方法分别将未与小分子对接的M1受体、M1受体-乙酰胆碱复合物、M1受体-占诺美林复合物置于磷脂双膜中模拟10 ns. 将模拟后的蛋白质结构与包含活性分子的测试库对接并将结果打分, 以top5%富集因子(EF)作为评价依据, 用占诺美林优化后的M1受体模型的EF为8.0, 用乙酰胆碱优化后M1受体模型的EF为6.5, 非复合物的EF为1.5. 说明M1受体选择性激动剂复合物进行分子动力学模拟后得到的三维结构模型比较合理, 可以作为化合物虚拟筛选的模型对新化合物进行虚拟筛选, 为找到新的选择性M1受体激动剂奠定了基础.     

毒蕈碱型M1受体的同源模建和分子对接

采用同源模建方法对M1受体的三维结构进行了模拟,将得到的模型分别与M受体完全激动剂乙酰胆碱和M1受体选择性激动剂占诺美林进行分子对接,形成非特异性激动和特异性激动的受体-配体复合物.用分子动力学模拟方法分别将未与小分子对接的M1受体、M1受体-乙酰且H碱复合物、M1受体-占诺美林复合物置于磷脂双膜中模拟10 ns.将模拟后的蛋白质结构与包含活性分子的测试库对接并将结果打分,以top5%富集因子(EF)作为评价依据,用占诺美林优化后的M1受体模型的EF为8.0,用乙酰胆碱优化后M1受体模型的EF为6.5,非复合物的EF为1.5.说明M1受体选择性激动剂复合物进行分子动力学模拟后得到的三维结构模型比较合理,可以作为化合物虚拟筛选的模型对新化合物进行虚拟筛选,为找到新的选择性M1受体激动剂奠定了基础.