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科研进展

聚焦抗结核病药物靶点

1月24日,上海科技大学免疫化学研究所饶子和院士与杨海涛教授的合作团队在Cell上发表了题为Crystal Structures of Membrane Transporter MmpL3, an Anti-TB Drug Target的研究论文,文中解析了耻垢分枝杆菌(M. smegmatis)MmpL3的晶体结构以及和四个潜在药物的复合物晶体结构。

2019-01-31 浏览量:1953

作者

        肺结核病目前仍然是全球人类健康的首要威胁之一。仅在2017年,估计就有1000万新结核病例被诊断和130万死亡病例出现。此外,多重耐药和完全耐药的结核分枝杆菌的出现,使它成为极其难以治愈的疾病。因此,发现新的TB药物靶点是科学家们梦寐以求的事。


        MmpL(Mycobacterial membrane protein Large)是分枝杆菌基因组编码的一组膜蛋白,属于抵抗、结瘤和分裂(RND)蛋白家族。结核分枝杆菌(M. tuberculosis, Mtb)编码13种MmpL蛋白,MmpL3、4、5、7、8、10和11已被报道参与分枝杆菌细胞膜的生物合成。MmpL3是其中唯一被认为是细菌(包括Mtb)细胞复制和存活必不可少的分子。由于膜蛋白结构解析的难度比较大,目前关于MmpL家族蛋白的结构生物学信息非常有限,唯一被解析的结构是MmpL11的一个PC亚结构域(D2)。


        1月24日,上海科技大学免疫化学研究所饶子和院士与杨海涛教授的合作团队在Cell上发表了题为Crystal Structures of Membrane Transporter MmpL3, an Anti-TB Drug Target的研究论文,文中解析了耻垢分枝杆菌(M. smegmatis)MmpL3的晶体结构以及和四个潜在药物的复合物晶体结构。MmpL3结构的解析,对促进MmpL3的抑制剂的筛选以及抗结核病药物的研究具有极其重要的意义。
耻垢分枝杆菌相对结核杆菌操作安全性要好的多,因此可作为研究结核杆菌的理想替代研究对象。

图1. Mycobacterium smegmatis的MmpL3蛋白的晶体结构

 

        研究人员首先解析了单独的MmpL3蛋白的晶体结构(图1)。MmpL3的总体结构图中,PN和PC结构域被称为胞质孔状结构域,TMN和TMC被称为跨膜区结构域。


        研究人员利用国家蛋白质科学研究(上海)设施规模化蛋白质制备系统的MST(microscale thermophoresis,微量热泳动)实验验证MmpL3及其突变体对抑制剂的结合强弱。设施运维人员对该实验的开展提供了重要支持。确定了这些分子能和MmpL3的结合之后,进一步分别解析了MmpL3和四种抑制剂药物的复合物的晶体结构,并对药物结合口袋进行了分析(图2),该成果对于针对药靶蛋白MmpL3的抗结核药物设计具有非常重要的指导作用。


        国家蛋白质科学研究(上海)设施的BL19U2线站采用自主搭建的在线样本分离纯化SAXS检测装置SEC-LS-RI-SAXS,确定了重要膜蛋白分子MmpL3在溶液生理状态下的聚合状态,为验证MmpL3晶体结构是具有生理活性功能的结构提供了重要的数据支持。设施BL19U1复合物晶体学线站对本研究成果中的 MmpL3的native晶体结构(6AJF)和MmpL3_ICA38 复合物晶体结构(6AJJ)解析工作提供了重要的技术支持, 对促进MmpL3的抑制剂的筛选以及抗结核病药物的研究具有极其重要的意义。同时,BL18U1微晶线站在前期晶体条件的选择和优化上提供了大力支持。

图2 MmpL3的抑制剂结合口袋分析及其对药物设计的指导作用
 

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