基於G3BP靶蛋白的抗癌多肽藥物設計

《基於G3BP靶蛋白的抗癌多肽藥物設計》是依託中國科學院大學，由計明娟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於G3BP靶蛋白的抗癌多肽藥物設計
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：計明娟
• 依託單位：中國科學院大學

項目摘要

本項目申請針對現有抗癌藥物毒性強、選擇性差的缺陷，開展以G3BP為靶點，基於G3BP和Ras-GAP蛋白-蛋白相互作用的抗腫瘤多肽藥物設計。申請人擬通過虛擬突變、蛋白質結構預測、蛋白質對接、分子動力學模擬、結合自由能計算及能量分解等分子模擬方法，提供理論設計的抗癌多肽；結合多肽合成和細胞水平的活性、毒性、及對腫瘤細胞的選擇性測定，以期尋找高活性、低毒副作用、擁有自主智慧財產權的抗癌多肽先導化合物。因此，本項目研究是在我們前期研究的基礎上（即初步發現的兩條未被他人報導的抗癌肽段基礎上），進一步修正和確定模型，並在此模型上重新設計，合成及篩選新的抗癌多肽類藥物先導化合物，屬原創性工作，具有重要的學術意義和套用價值。

結題摘要

本項目主要針對現有抗腫瘤藥物毒性強、選擇性差的缺陷，開展了以 G3BP 為靶點，基於G3BP與Ras-GAP蛋白–蛋白相互作用的抗腫瘤多肽藥物設計。我們運用計算機輔助藥物設計和多種分子模擬方法（如蛋白–蛋白對接、虛擬突變、分子動力學模擬、結合自由能計算以及自由能分解等），結合化學及藥理學實驗技術（如固相多肽合成、MTT細胞檢測等），通過重複“設計-合成-測活”這一過程，對原型抗腫瘤多肽進行最佳化設計和細胞水平的活性、毒性、及其對腫瘤細胞選擇性的測定。最終我們獲得了兩條高活性、低毒副作用、擁有自主智慧財產權的新型抗腫瘤26肽（M308和M312）先導藥物；同時，開展了納米載藥體系研究，初步解決了多肽藥物易水解及生物屏障問題。因此，本項目的研究具有十分重要的學術意義和套用前景。具體的研究結果如下： 1）提出了通過設計特異性結合G3BP的多肽，從而阻斷G3BP與Ras-GAP的結合來抑制腫瘤細胞異常增殖的新藥設計思路； 2）通過對G3BP表面靜電勢分析，顯示結合位點附近存在負電荷中心，從而引入鹼性殘基取代，提高了多肽與G3BP的理論結合能力，預測結合能從-32.23降低至-58.52 （kcal/mol）； 3）發展了遞進式虛擬突變(PVM)的計算策略，即：單位點突變---雙位點突變---多位點組合突變。首先，套用該策略最佳化了原型多肽，將多肽抑制率從17%提高到52%。然後，通過進一步最佳化26肽（包括非重要殘基和重要殘基的分步虛擬突變），結合多肽合成和細胞水平的活性、毒性及選擇性測試，最終尋找得到二條（M308和M312）高活性、低毒副作用、擁有自主智慧財產權的新型抗腫瘤26肽先導藥物； 4）通過細胞實驗證明，最佳的26肽（M312）對腫瘤細胞的抑制活性與臨床一線用藥奧沙利鉑相當，顯著優於臨床一線用藥順鉑和五氟尿嘧啶； 5）通過26肽（M312）對G3BP高表達的多種腫瘤細胞系（包括宮頸癌細胞株HeLa、肺癌細胞株A549、結腸癌細胞株HCT116）的殺傷作用以及對正常細胞（huvec）的殺傷作用評估，進一步明確其選擇性。 6）設計合成了不同氨基與羧基比例的pH敏感的生物多糖載體分子。 7）通過體外釋藥性能研究，證實該多糖納米粒子對多肽具有極佳的保護性能，即只在偏酸性環境（pH 5.0）釋放藥物，而在中性環境（pH7.4）不釋放，因此初步解決了多肽在體內易水解問題。