「青莲聚焦」利用组学手段筛选药物靶点的全套路

发布时间： 2023-08-28 11:29 来源：北京青莲百奥生物科技有限公司

物靶点（Drug Target）是指体内具有药效功能并能被药物作用的生物大分子，作为药物靶点的主要蛋白家族就有GPCR受体，离子通道、核受体、激酶等。自21世纪以来，基于靶点的药物发现模式逐渐取代了传统的基于药物化学结构的发现模式，成为现代创新药物研发的主流模式。

因此，事先确定靶向特定疾病有关的靶点分子是现代新药开发的基础。针对靶点的研究可以清楚疾病症结所在，从而确定了新药的研发方向。此外靶点的研究还有助于了解药物作用机制，进而对已有药物进行改造，研发出毒性更小、选择性更强、治疗效果更好的新药。

既然靶点研究如此重要，那么该如何去发现这些靶点呢？今天小编就给大家梳理下如何利用组学手段去筛选药物靶点以及研究药物作用机制！

文献案例一

双修饰蛋白组揭示肝母细胞瘤的潜在治疗靶点-HSPB-1

上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心潘秋辉教授和徐敏教授团队在知名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy（IF：13.493）上发表题为“Global profiling of O-GlcNAcylated and/or phosphorylated proteins in hepatoblastoma”的研究论文。以肝母细胞瘤（Hepatoblastoma，HB）为研究对象，从蛋白质修饰组学的角度，对HB组织和正常肝组织进行大规模的磷酸化修饰和O-糖基化修饰鉴定，双修饰组学联合分析找到了肝母细胞瘤的潜在治疗靶点HSPB-1。

研究思路

研究者首先应用4对HB组织与正常肝组织进行蛋白质免疫印迹和免疫组化实验，研究者发现相较于正常肝组织，HB组织蛋白上存在较高的O糖基化修饰水平。又有先前研究表明O糖基化与磷酸化可能共同发生在蛋白相同或不同的丝氨酸或苏氨酸位点，因此研究者对上述样本又开展了O糖基化修饰与磷酸化修饰质谱分析。

图1：WB与IHC实验结果以及修饰组学工作流程

通过组学大数据和生信分析，52%鉴定到的O糖基化蛋白同时被鉴定到了磷酸化修饰，这些蛋白主要与染色质调控，转录，翻译，转运以及细胞器组成相关。PPI网络分析发现双修饰的蛋白可能在部分细胞信号转导过程中发挥协同作用。研究者进一步根据其已知功能将具有O糖基化修饰的蛋白质进行分类（图2）。其中参与肿瘤发生过程的双修饰蛋白NPM1，HSPE1以及HSPB1引起作者注意，并通过IP-WB进一步证实了其蛋白的磷酸化水平与O糖基化水平在肿瘤组织中与正常组织的差异变化。

图2：O.糖基化蛋白功能分类，每个红点代表一个O-糖基化修饰的位点

结合早期研究结论，作者锁定HSPB1可能是HB的潜在治疗靶点。研究者通过实验证明了在HB细胞系中HSPB-1存在O糖基化和磷酸化，且在82位丝氨酸位点，O糖基化与磷酸化存在竞争关系。此外，通过体外药物实验发现，HSPB-1的O糖基化水平能够影响HB细胞对顺铂药物的耐受性，该结果进一步表明，HSPB-1可能是肝母细胞瘤的潜在治疗靶点。

文献案例二

TMT磷酸化修饰蛋白组学发现心肌纤维化的关键激酶

国际期刊Nature Biomedical Engineering（IF：18.952）上发表了题为“Mapping signalling perturbations in myocardial fibrosis via the integrative phosphoproteomic profiling of tissue from diverse sources”研究论文。研究人员应用Biowire模型结合TMT磷酸化修饰蛋白组学技术结合鉴定驱动纤维化的关键信号通路并发现心脏纤维化的关键激酶GSK3。

研究思路

研究人员首先对纤维化表型的源于hiPSCs心肌细胞的cardiac Biowire样本、临床病人来源的样本以及鼠源的心肌肥大样本进行TMT磷酸化修饰蛋白组学分析。研究者将蛋白质组学和磷酸化修饰组学的数据进行汇总，全局分析表明cardiac Biowire 样本的差异蛋白和差异磷酸化位点显示出更加一致和更加明显的变化（图3）。通路富集分析（GO、KEGG、Reactome等）显示Biowire样本与另外两种样本分析结果有较高的重合度，且较鼠源样本，cardiac Biowire样本与临床病人样本具有更高的相似度。

图3：比较不同样品的整体蛋白质表达水平和磷酸化修饰水平

接着研究人员通过激酶的Motif分析，从这三种样本组中存在的常见基序中确定了对心脏收缩、代谢和信号传导级联至关重要的激酶，包括PKA，CAMKII，ERK1/2，PKC，CK2，CDK5和GSK3。围绕磷酸化位点的序列中的GSK3底物共有基序显示出显著的差异表达，暗示GSK3作为纤维化重塑的介质。研究人员锁定GSK3激酶，利用功能实验证实其小分子抑制剂（GW806290X）可有效改变心肌纤维化的重塑过程。

看完小编分享的两篇文献，相信大家心中已经有了如何找靶点，发paper的构思啦~

接下来，小编就来总结下如何应用组学手段来找药物靶点？

参考文献

1.Song Hang,Ma Ji,Bian Zhixuan et al. Global profiling of O-GlcNAcylated and/or phosphorylated proteins in hepatoblastoma.[J] .Signal Transduct Target Ther, 2019, 4: 40.

2.Kuzmanov Uros,Wang Erika Yan,Vanderlaan Rachel et al. Mapping signalling perturbations in myocardial fibrosis via the integrative phosphoproteomic profiling of tissue from diverse sources.[J] .Nat Biomed Eng, 2020, 4: 889-900.