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Chemical Science: 酶特异性探针底物研发新策略

近日,中科院大连化学物理研究所杨凌团队探索出酶特异性探针底物的研发新策略,该团队采用计算机辅助筛选及酶催化位点局部改造的策略成功设计研发了首个细胞色素P450 1A1亚酶的高特异性荧光探针底物。相关研究成果在线发表在Chemical Science (DOI: 10.1039/C6SC03970G)。论文第一作者为博士生戴子茹冯磊(联合培养),论文通讯作者葛广波点击查看介绍杨凌研究员(点击查看介绍)。


人体组织和细胞中分布了约两万种蛋白质,但绝大多数蛋白(~72%)都存在氨基酸序列和结构极其相似的亚型。酶是生物体内分布的具有催化活性的一类蛋白质。人体内分布了数千种酶,其可催化6000余种生化反应并在内源性代谢和外源物代谢处置中发挥着至关重要的作用。酶表达和功能上的异常往往与机体生理和病理过程密切相关,因此准确表征复杂生物体系中目标酶的表达和功能对于病理生理学及生物医学基础研究、疾病诊断及转化医学等应用研究意义重大。代谢酶特异性探针底物可专一实时地反映生理条件下目标酶的活性,是生物医药领域评价酶催化功能的常用工具。然而,由于同一家族中多个亚型酶间往往具有相似的结构和高度重叠的底物谱,很难发现亚型特异性的探针底物进而实现相似亚型酶间的区分。因此,设计开发亚型特异性的探针底物一直是生物医药领域长期面临的一大挑战。


本研究中,研发人员选择细胞色素P450 1A (CYP1A) 家族为研究对象,基于CYP1A1与CYP1A2在催化活性空腔上的微小差别,采用酶催化位点局部改造的策略,借助计算机辅助筛选及代谢表型筛选设计研发了首个CYP1A1亚型选择性的荧光探针底物。该探针对目标酶具有极高的特异性,不仅可实现CYP1A1与CYP1A2等相似亚型酶间的区分,同时其也不被人体分布的其它细胞色素P450酶催化。该探针底物不仅适用于单酶、细胞及组织等不同生物体系中CYP1A1酶活的实时定量检测及CYP1A1抑制剂的高通量筛选与评价,还可用于活细胞及活组织中CYP1A1的亚细胞定位及生物成像研究。此外,该探针的设计研发策略还可用于指导其它I相代谢酶特异性探针底物的开发。


该研究成果是继杨凌团队2015年提出通过远端改造(在远离催化位点的区域对探针底物进行提高酶亲和力和特异性的改造)策略研发酶特异性探针底物J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 14488-14495)之后的又一代表性工作。


上述研究工作得到了国家自然科学基金项目、973计划及精细化工国家重点实验室的支持。(文/图 戴子茹)


该论文作者为:Zi-ru Dai, Lei Feng, Qiang Jin, Hai-Ling Cheng, Yan Li, Jing Ning, Yang Yu, Guang-Bo Ge, JN Cui, Ling Yang

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):

A practical strategy to design and develop an isoform-specific fluorescent probe for a target enzyme: CYP1A1 as a case study

Chem. Sci., 2016, DOI: 10.1039/C6SC03970G


导师介绍

杨凌

http://www.x-mol.com/university/faculty/22766

葛广波

http://www.x-mol.com/university/faculty/26805


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