德國POLYGEN合成儀應(yīng)用：開發(fā)DNA模塊化可編程策略

當(dāng)前，藥物設(shè)計(jì)及研發(fā)的一個(gè)熱門方向是構(gòu)筑雙價(jià)配體分子。該類分子是將兩個(gè)藥效明確的配體分子通過連接子偶聯(lián)形成；其中，每個(gè)配體分子分別識(shí)別兩個(gè)不同蛋白受體的位點(diǎn)、或同一蛋白受體的不同位點(diǎn)（如正構(gòu)或變構(gòu)位點(diǎn)），并通過連接子協(xié)調(diào)配體-受體的相互作用，從而增強(qiáng)藥物療效、提高藥物選擇性、并克服耐藥等。雙價(jià)配體分子可以調(diào)控的蛋白受體眾多，如G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）、激酶、離子通道、氧化酶以及二聚化蛋白等。由于在藥物研發(fā)上的優(yōu)勢，雙價(jià)配體分子越來越受到國際各大研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，對許多傳統(tǒng)意義上不可成藥的靶點(diǎn)賦予新的成藥潛力，且已有雙價(jià)配體分子進(jìn)入臨床研究，展示了廣闊的開發(fā)前景。

構(gòu)筑雙價(jià)配體分子的關(guān)鍵是連接子的篩選及優(yōu)化，因?yàn)樗�能夠通過調(diào)節(jié)兩個(gè)配體分子的空間距離及空間構(gòu)象，影響藥理學(xué)活性。當(dāng)前方法主要采用聚合物（如聚乙烯、聚乙二醇等）作為連接子來構(gòu)筑并篩選雙價(jià)配體分子，面臨以下問題：首先，聚合物連接子在合成中聚合度難以精確控制，導(dǎo)致難以精準(zhǔn)調(diào)控藥效團(tuán)之間的空間距離；其次，聚合物連接子常由單一重復(fù)單元構(gòu)成，難以實(shí)現(xiàn)配體分子與受體結(jié)合時(shí)空間取向的精細(xì)調(diào)節(jié)；此外，構(gòu)筑篩選過程中需要將不同長度及結(jié)構(gòu)組成的聚合物連接子逐一與藥效團(tuán)進(jìn)行化學(xué)偶聯(lián)，合成及純化步驟繁瑣。綜上，雙價(jià)配體分子的高效構(gòu)筑及精細(xì)調(diào)控是制約本領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸問題。

近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院肖澤宇課題組與張健課題組合作，在 Cell 子刊 Chem 發(fā)表了題為：DNA-modularized construction of bivalent ligands precisely regulates receptor binding and activation 的研究論文。

該研究開發(fā)了DNA模塊化可編程的策略來構(gòu)筑雙價(jià)配體分子，實(shí)現(xiàn)在單脫氧核苷酸水平對受體識(shí)別及激活構(gòu)象的精細(xì)調(diào)控。

該策略借鑒DNA分子的可編程構(gòu)筑方式，用德國POLYGEN核酸合成儀將兩個(gè)配體分子分別修飾成可用于DNA固相合成的“類核苷酸”藥效團(tuán)模塊，將天然脫氧核苷酸作為連接子模塊，并利用德國POLYGEN核酸合成儀，自動(dòng)化高效構(gòu)筑雙價(jià)配體分子的篩選庫。通過編程脫氧核苷酸的數(shù)目來精細(xì)調(diào)節(jié)連接子的長度，實(shí)現(xiàn)對兩個(gè)藥效團(tuán)之間空間距離在0.33納米尺度的調(diào)控；通過編程脫氧核苷酸的堿基排列來調(diào)節(jié)連接子的結(jié)構(gòu)多樣化，實(shí)現(xiàn)對藥效團(tuán)空間取向的精細(xì)調(diào)控，從而高效篩選獲得對受體識(shí)別親和力最高、激動(dòng)效能最強(qiáng)的雙價(jià)配體分子。該策略為雙價(jià)配體分子的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了全新的思路，在藥物設(shè)計(jì)及生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

為證實(shí)此設(shè)計(jì)策略的可行性，團(tuán)隊(duì)結(jié)合各自的研究優(yōu)勢，針對同一蛋白受體的正構(gòu)和變構(gòu)位點(diǎn)，構(gòu)筑了一個(gè)“正構(gòu)-變構(gòu)”雙價(jià)配體分子，即一個(gè)配體分子與蛋白受體的正構(gòu)位點(diǎn)結(jié)合，另一個(gè)配體分子與變構(gòu)位點(diǎn)結(jié)合。具體而言，本工作中蛋白受體選用M1毒蕈堿型乙酰膽堿受體（M1Rs），是一類與認(rèn)知功能、腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的GPCR受體。雙價(jià)配體分子中，一個(gè)配體分子為正構(gòu)激動(dòng)劑占諾美林（簡稱X），識(shí)別M1Rs的正構(gòu)位點(diǎn)；另一個(gè)配體分子為變構(gòu)調(diào)節(jié)劑BQCA（簡稱B），識(shí)別M1Rs的變構(gòu)位點(diǎn)。通過這樣一個(gè)“正構(gòu)-變構(gòu)”雙價(jià)配體分子的協(xié)同調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對M1受體（而非M2~M5受體）亞型的識(shí)別及激動(dòng)選擇性，降低副作用。

研究團(tuán)隊(duì)首先借鑒天然脫氧核苷酸的修飾策略構(gòu)建了X與B的藥效團(tuán)模塊，并證實(shí)修飾后保留了原藥的活性。進(jìn)一步，利用POLYGEN核酸合成儀固相合成技術(shù)，設(shè)計(jì)了藥效團(tuán)間含有1-7個(gè)脫氧核苷酸的雙價(jià)配體，篩選發(fā)現(xiàn)當(dāng)連接子為兩個(gè)脫氧核苷酸時(shí)，雙價(jià)配體對于M1受體的選擇性最強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，對兩個(gè)脫氧核苷酸的堿基排列進(jìn)行編程，得到16種含有不同結(jié)構(gòu)組成連接子的雙價(jià)配體庫，篩選發(fā)現(xiàn)單脫氧核苷酸水平排列的差異化使雙價(jià)配體對M1受體激動(dòng)的效價(jià)強(qiáng)度呈現(xiàn)出最低10-3的細(xì)微改變，且當(dāng)連接子的堿基排列為“AA”時(shí)，雙價(jià)配體選擇性激動(dòng)M1受體的能力最強(qiáng)，比傳統(tǒng)方法提高近30倍。

德國POLYGEN GMBH公司從1990年開始，在引物合成和DNA/RNA合成儀制造領(lǐng)域擁有30年的經(jīng)驗(yàn)，POLYGEN在德國研制和生產(chǎn)DNA/RNA合成儀和純化儀系列產(chǎn)品。歐洲、美國、日本和中國市場上最大和最成功的引物生產(chǎn)商正在使用POLYGEN的儀器設(shè)備。

德國POLYGEN系列DNA合成儀主要型號(hào)：POLYGEN-10（10柱合成儀）、POLYGEN-12（12柱合成儀）、POLYGEN-48（48柱合成儀）、POLYGEN-96（96柱合成儀）、POLYGEN-192（192柱合成儀）

POLYGEN合成儀是最適合特殊修飾合成。
POLYGEN合成儀是高純度核酸引物合成的最佳選擇。
POLYGEN合成儀是長鏈和超長鏈引物、熒光標(biāo)記/探針、RNA/LNA等高難度引物合成的最佳選擇。

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