Nat Chem Biol | 进入新的领域！刘如谦等团队获得了高度选择性亲环蛋白抑制剂

虽然亲环蛋白是生物学和治疗干预的有吸引力的靶点，但尚未有选择性亚型亲环蛋白抑制剂的报道。

2022年9月26日，博德研究所刘如谦（David R. Liu）及纽约州立大学石溪分校Markus A. Seeliger共同通讯在Nature Chemical Biology（IF=16）在线发表题为“Discovery and molecular basis of subtype-selective cyclophilin inhibitors”的研究论文，该研究发现了一种亚型选择性亲环蛋白抑制剂，并对其分子基础进行了研究。该研究从体外筛选的256,000个亲环蛋白D (CypD)亲和的类药物大环DNA模板库中发现了新型亲环蛋白抑制剂。在十种x射线共晶结构的指导下，迭代大循环工程得到了有效的选择性抑制剂(半数最大抑制浓度(IC50) = 10 nM)，它结合了CypD的活性位点，并与相邻外位S2口袋中的非保守残基产生了新的相互作用。

由此产生的大环抑制CypD活性，与其他嗜环蛋白相比，选择性为21至>10，000倍，并抑制分离线粒体中的线粒体渗透性过渡孔隙开口。作者进一步利用S2口袋相互作用开发了第一个亲环蛋白E (CypE)选择性抑制剂，它与CypE S2口袋赖氨酸形成可逆共价键，并且比其他亲环蛋白具有30至>4，000倍的选择性。这些发现揭示了一种生成异位选择性小分子亲环蛋白调节剂的策略，提高了它们作为生物研究和治疗开发靶点的适用性。

人类亲环蛋白家族由17个蛋白质组成，其中包含一个结构保守的肽酰脯氨酰基异构酶(PPIase) 结构域。这个家族中至少有12个成员催化肽基-脯氨酸键的顺反异构化，这是许多蛋白质折叠过程中的一个限速步骤。亲环蛋白D (CypD)是一种独特的线粒体亲环蛋白，也是线粒体通透性过渡孔(mPTP)的关键调节因子，mPTP是线粒体内膜上的一种瞬时通道，在氧化应激或线粒体基质钙水平高时打开。CypD的抑制敲除导致mPTP对孔隙打开事件的抵抗能力增强。

mPTP打开时间延长可引起渗透失衡、线粒体肿胀破裂和细胞死亡。这一途径与多种与氧化应激相关的疾病有关，包括缺血-再灌注损伤(IRI)、许多神经退行性疾病、肝病、衰老和自噬以及糖尿病。因此，抑制CypD被认为是IRI、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、多发性硬化症、帕金森病、肌萎缩性侧索硬化症、X连锁肾上腺白质营养不良症、肝硬化和糖尿病相关疾病的潜在治疗策略。虽然mPTP的确切结构、功能和调控途径仍有争议，但CypD是一个完善的mPTP功能调控因子。因此，CypD抑制剂也可以阐明mPTP的其他蛋白质调节剂和结构成分。

虽然抑制CypD对于研究mPTP和治疗与氧化应激相关的情况很有吸引力，但其他16种已知的亲环蛋白亚型发挥着不同的重要生物学作用。因此，亲环蛋白亚型的选择性对生物探针和潜在的治疗方法至关重要，最大限度地减少脱靶亲环蛋白扰动引起的副作用。已知，没有任何亲环蛋白亚型选择性抑制剂被描述为亲环蛋白亚型。人类PPIase结构域的高序列一致性(61-86%)和高度保守的结构阻碍了选择性亲环蛋白抑制剂的开发。

机理模式图（图源自Nature Chemical Biology ）

所有亲环蛋白异构体共有的一个关键结构特征是一个浅的、高度保守的PPIase活性位点。经典的亲环蛋白抑制剂，如环孢素A (CsA)与该活性位点结合，从而等效地抑制大多数亲环蛋白。与活性位点相邻的是S2口袋，这是一个独特的外位点，形成了肽的长底物结合槽的一部分。S2口袋残基比亲环蛋白活性位点残基更加多样化，为异构体选择性结合提供了机会。特别是，三个守门残基(CypD中的123、124和145位)和一个远S2口袋残基(CypD中的118位)在亲环蛋白中高度不同。虽然S2口袋结合被认为是实现异位选择性抑制的一种策略，但目前的小分子亲环蛋白抑制剂在分析时表现出较差的异位选择性，并且不知道如何利用与非保守的S2外位点残基的相互作用。

在本研究中，作者报道了从DNA模板的大循环库和迭代结构生物学和小分子工程中开发的新型亲环蛋白抑制剂，产生了有效的和异构体选择性的CypD和CypE抑制剂。这些发现通过与独特的S2口袋外切位点残基的工程相互作用，为开发亚型选择性嗜环蛋白调节剂建立了策略。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41589-022-01116-1

转自：“iNature”微信公众号

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