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化繁为简有活性,天然产物出奇兵

天然产物一直以来都是新药发现的一块宝地,其复杂结构带来的特定构象往往是发挥生物活性的前提条件。自从人类打开天然产物宝库的大门之后就没有停止对其活性构象的探寻。天然产物结构简化则是发现活性构象获得新分子实体不可或缺的重要方法,甚至还为药靶发现提供了重要线索。日前,美国明尼苏达大学Daniel A. Harki课题组在ACS Chem. Biol.发表了一项天然产物Helenalin的结构简化研究,对天然产物的结构简化具有一定的指导意义。

图片来源:ACS Chem. Biol.


如上图所示,作者认为Helenalin通过两个α,β不饱和结构对NF-κB p65蛋白进行共价修饰是其发挥生物活性的主要方式。据此,作者设计了保留这两个不饱和结构的探针分子6a6b,并研究其对p65的共价修饰及相关生物活性。作者分别合成6a6b的非对映体混合物及相应的光学纯化合物。化合物1a1b则是作者准备在细胞中检测蛋白的探针分子。

图片来源:ACS Chem. Biol.


如下图所示,Helenalin简化后的探针分子对NF-κB的抑制活性与Helenalin相当。

图片来源:ACS Chem. Biol.


在探针活性得到验证之后,作者寻找探针分子对p65共价修饰位点的工作逐步展开。作者首先将探针1a1b加到细胞当中,通过点击化学手段将带有荧光基团的叠氮分子与1a1b相连,电泳之后通过对荧光信号的检测来示踪探针分子标记到的蛋白。幸运的是,这两个探针分子都标记到了分子量在65 kDa的蛋白。

图片来源:ACS Chem. Biol.


随后,作者直接用Helenalin、1a1b与重组表达纯化后的p65蛋白共孵育,并利用生物质谱手段鉴定出这些分子对p65的共价修饰位点均是Cys38。

图片来源:ACS Chem. Biol.


在确认了探针分子对p65的共价修饰作用之后,作者进一步证明了这种修饰作用不是对任何蛋白的Cys残基都能共价结合。通过竞争性实验作者证明了Helenalin结构简化后的探针分子对NF-κB通路中其他常见的蛋白IκBα、p50、IKKα/β没有共价结合作用。这就说明作者设计的探针分子不但能共价修饰p65,并且可以说是选择性地靶向修饰p65。

图片来源:ACS Chem. Biol.


这篇文章属于那种初看平淡无奇,细看暗藏玄机的那种。为什么这么说呢?搞生物的做药理的,但凡接触炎症的哪个不知道NF-κB,这东西不能说臭大街吧,也快是妇孺皆知了。Helenalin这个天然产物虽然没有青蒿素那么高的热度,但是对于搞药化、天然药化的人来看,这化合物不就是不饱和片段作为迈克尔加成受体发挥活性嘛,书里都写着呢,这类结构可以和Cys的巯基反应生成共价键。私以为,这文章的亮点在于结构简化以及对p65的靶向性。虽然我也认为所谓的靶向性没有什么理论指导,运气成分大一些,但是这个现象的发现还是具有非凡的意义。私又以为,这文章的一个难点在于对简化分子的立体化学控制,这既包括各种光学纯异构体的获得也包括找到具有活性的光学异构体;另一个难点则在于生物质谱的解析,要知道修饰的小分子在质谱条件下发生断键是很正常的,所以找到那个和小分子成键的氨基酸还是有难度滴。私再以为,追热点固然是出成果较快的一种方式,但是在大家看似都知道的研究领域精耕细作依然会发现不同寻常的东西。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Targeting NF-κB p65 with a Helenalin Inspired Bis-electrophile

ACS Chem. Biol., 2016, DOI: 10.1021/acschembio.6b00751


(本文由乐只君子供稿)


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