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新型全光学手段筛选小分子药物

作者:美迪西   上传日期:2015-10-26  阅读次数:

小分子药物筛选

通过高通量的实验方法,观察细胞对化合物的形态反应来筛选小分子药物,是药物研发和进行系统生物学研究的重要途径。与简单的分子间反应筛选相比,基于细胞反应的药物筛选可以在复杂细胞环境中以更接近实际的反应过程来衡量目标小分子的生物学作用和功能。


不过,也正因为这种较为复杂的生物化学环境,如何高效地控制反应过程以得到准确可靠的筛选结果,成为了目前小分子高通量活细胞筛选技术的一个瓶颈问题。而且,在此过程中,一般还需要加入另外的试剂来改变或读出细胞内的生物化学反应结果,这进一步增加了其复杂性、误差以及实验成本。

另一方面,随着生物技术比如基因工程技术的飞速发展,在神经生物学和细胞生物学领域,利用光控机理来调节细胞生物功能的光控基因调控技术和光药理学方法逐渐发展成熟,这些技术用光波以非侵入性和非接触性的手段来改变和控制细胞甚至动物的行为,具有极高的时间和空间上的精确性和分辨率。

正是基于这些背景,最近,奥地利科学技术研究所的Harald Janovjak及其研究团队研发了一种全新基于光开关和活细胞的蛋白激酶小分子抑制剂的筛选方法。这种方法通过转基因技术,改造了细胞信号通路中相关的受体(蛋白激酶),使其不依赖于其它信号分子,而只需要用蓝光就可以激活此信号通路(光控基因调控),这样就能精确控制细胞信号通路的激活程度,使细胞间的条件差异最小化。同样利用转基因技术的改造,此信号通路被光激活的细胞随即开始荧光蛋白的表达,并发出荧光信号。筛选过程中,先在不同的细胞池里加入不同的可能抑制该信号通路的小分子;过一段时间后,再用蓝光照射所有细胞样品,然后再检测它们的荧光强度。那些信号通路未被小分子抑制的细胞就会显示出荧光信号,小分子的抑制活性越高,细胞的荧光信号强度就越弱。也就是说,通过机器读取荧光信号强度,就可以判断待选小分子的抑制活性。

这种既利用光波激活细胞,又用光波检测细胞的方法提供了一种高效精确、高通量的小分子药物筛选手段。该研究团队利用这种方法分析一种叫做ROS1的人类细胞信号受体。这个受体是一种可能的抗癌药物靶点,但其配体却是未知的。该团队将两种基因序列转入了人类胚胎肾细胞,其中一种是能被蓝光激活的ROS1蛋白,另一种可响应ROS1信号通路并表达绿色荧光蛋白。该团队随后用此技术筛选了一个小分子库,发现了3种抑制ROS1信号通路的小分子,其中包括了抗癌药AV-951(tivozanib)。AV-951已处于临床试验研究中,不过之前并不知道其抑制ROS1信号通道的效果。研究人员认为,这种全光学筛选方法还可以适用于许多其它的药物靶标和细胞过程。

德国贝鲁斯大学的光受体专家Andreas Möglich指出,与使用小分子或其他配体来激活细胞信号通道的传统方法相比,用光激活的方法有其独特的优点——更容易实现筛选自动化且结果可重复。他还补充说,该技术还可以很容易地扩展到其他的药物靶标,如离子通道,进行高通量药物筛选。


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