有效对抗癌症通常涉及阻止癌细胞的繁殖，这需要深入了解支持这些细胞生存的蛋白质。蛋白质分析在这一努力中至关重要，因为它帮助研究人员识别出未来药物应针对的特定蛋白质及其成分。然而，之前的方法往往缺乏必要的精确性，以识别所有可能的蛋白质靶标，导致一些被忽视。最近，一组化学家通过结合两种分析技术，成功绘制了超过300种与小分子相互作用的癌症蛋白，并确定了它们的结合位点。
有效对抗癌症通常需要阻碍癌细胞的复制，这依赖于对这些细胞生存所依赖的蛋白质的深刻理解。蛋白质分析在这方面至关重要，因为它协助研究人员识别出未来药物应针对的蛋白质及其特定部分。然而，之前独立使用的技术往往没有足够详细，以发现所有可能的蛋白质靶标，导致一些被遗漏。
斯克利普斯研究所的合作努力导致了超过300种小分子反应性癌症蛋白及其各自结合位点的绘制。这一发现突显了重要的蛋白质靶标，当被特定化合物（或小分子）干扰时，可以抑制癌细胞的生长，为更有效且有针对性的癌症治疗铺平道路。这些成果于2024年8月13日发表在《自然化学》杂志上。
“我们的方法之一为我们提供了与化学物质相互作用的蛋白质的广泛概述，而另一种方法则展示了这些相互作用的确切位置，”共同第一作者本杰明·克拉瓦特博士（Scripps研究所生物与化学的诺顿·B·吉卢拉讲席教授）表示。
这两种技术都是基于活性蛋白质分析（ABPP）的形式，这是一种由克拉瓦特开发的综合观察蛋白质活性的方法。研究团队运用这种双重方法来识别与一系列立体探针（设计用于选择性和永久性结合蛋白质的化学化合物）结合的蛋白质及其特定位点。立体探针在检查蛋白质功能和识别潜在药物靶标方面具有重要价值。
“我们有意设计我们的立体探针，以包括在典型药物发现场景中常常未被充分利用的化学特征，”共同第一作者布鲁诺·梅利洛博士（斯克利普斯研究所化学系的研究所研究员）表示。“这种方法增加了我们发现能增强生物理解并最终改善人类健康的发现的机会。”
研究团队开发的立体探针是电亲电的，意味着它们被设计为与蛋白质形成不可逆的键，特别是靶向半胱氨酸。半胱氨酸是一种在许多蛋白质中发现的常见氨基酸，包括癌细胞中的蛋白质，在形成关键结构链接中发挥作用。当化学物质与半胱氨酸相互作用时，可能会破坏这些重要的键，导致蛋白质功能失常，从而阻碍细胞生长。许多癌症治疗药物通过不可逆地结合蛋白质的半胱氨酸来发挥作用。
“我们集中在半胱氨酸上，因为它是最具亲核性的氨基酸，”首席作者埃弗特·恩约门博士（HHMI汉娜·H·格雷博士后研究员）解释说。
为了识别哪些蛋白质与立体探针特定结合，团队利用了一种称为蛋白质导向的ABPP的方法。该技术帮助他们发现了超过300种与立体探针化合物反应的个体蛋白质。然而，他们希望深入挖掘，以准确确定这些反应的具体位置。
第二种方法称为半胱氨酸导向ABPP，准确定位了立体探针在蛋白质上的结合位点，使团队能够密切关注个别蛋白质口袋，以评估半胱氨酸是否与立体探针反应——类似于检查拼图的特定片段以确定其契合度。
每个立体探针分子由两个基本元素组成：结合部分和电亲电部分。一旦结合部分与癌细胞的蛋白质口袋相互作用，立体探针就可以理想地渗透——类似于钥匙插入锁中。当立体探针停留在癌细胞运营的关键口袋时，它会阻止蛋白质与其他蛋白质结合，从而停止细胞分裂。
“通过针对细胞周期中的这些非常精确的阶段，我们可以潜在地减缓癌细胞的生长，”恩约门表示。“一个癌细胞可能会停留在接近分裂的状态，促使身体的免疫系统将其识别为缺陷并发出死亡信号。”
确定对癌细胞生存至关重要的确切蛋白质区域可能会引导研究人员朝向更有针对性的治疗，防止细胞增殖。
此外，研究团队确认，他们的组合方法提供了比单独方法更全面的蛋白质与立体探针相互作用的理解。
“我们一直认识到这两种方法都有局限性，但我们未意识到仅应用一种技术时忽略了多少信息，”恩约门反思道。“令人惊讶的是，当仅依赖一个平台时，相当多的蛋白质靶标被忽视。”
该团队希望他们的发现会对旨在细胞分裂的新癌症治疗方法的发展产生重大影响。与此同时，恩约门急于创建新的立体探针库，以探索与癌症以外的各种疾病相关的蛋白质口袋，包括炎症性疾病。
“许多蛋白质与各种疾病相关，但我们缺乏用于研究它们的立体探针，”她提到。“在未来，我希望发现更多可供药物发现项目研究的蛋白质口袋。”
除了克拉瓦特、恩约门和共同第一作者布鲁诺·梅利洛之外，研究的作者还有斯克利普斯研究所的瑞秋·E·海沃德、克里斯汀·E·德梅斯特、长谷川大辅和梅丽莎·M·迪克斯；维维迪恩治疗公司的特蕾西·阮、佩吉·阿什比和加布里埃尔·M·西蒙；还有布罗德研究所的斯图亚特·L·施莱伯。
本研究及参与的研究人员得到了国立卫生研究院（U19 AI142784和R35 CA231991）；癌症研究英国（CGCATF-2021/100012和CGCATF-2021/100021）；国立癌症研究所（OT2CA278688和OT2CA278692）；霍华德·休斯医学研究所汉娜·H·格雷奖学金（NGT15176）、简·科芬·查尔兹纪念奖学金和维维迪恩治疗公司的财务支持。
