靶向“不可成药”蛋白：锁定转录因子的共价肽
转录因子（TFs）对基因表达至关重要，但长期以来一直是药物研发中的难题。肽能够结合广泛且浅表的蛋白质表面，为在细胞内靶向这些蛋白提供了希望。
英国巴斯大学的研究人员开发了一种方法，成功找到了一种强效的转录因子cJun抑制剂。cJun是一种与黑色素瘤和其他癌症相关的蛋白质。他们使用了一个大型肽库，筛选出能够与cJun DNA结合区域中特定半胱氨酸（C269）形成键合的候选肽。
该方法的一个关键特征是添加了一个“弹头”——一种可与目标位点发生反应的化学基团。在这种情况下，“弹头”与cJun中的半胱氨酸形成了永久性键合，从而生成了一种不可逆且具有选择性的抑制剂。设计得当的这类共价抑制剂可以更强大且作用更持久。
为了实现这一目标，研究团队将肽中的一个可逆键合半胱氨酸替换为合成“弹头”，使键合变为永久性。最终产品名为HW33，在细胞测试中表现出更强、更具选择性和更有效的特性。在黑色素瘤细胞中，HW33降低了cJun水平并减少了细胞存活率，为其他难以靶向的蛋白质开发类似的不可逆抑制剂打开了大门。
我们与首席研究员Jody Mason讨论了这种方法在活细胞中应用的难点，以及他们的肽库如何帮助发现针对如转录因子等难以靶向蛋白的新疗法。
您使用实验室测试来寻找能够永久阻断转录因子的药物，这些因子有助于控制基因活动。将测试调整为寻找永久阻断剂的过程中遇到了哪些挑战？为什么这些永久阻断剂可能比临时阻断剂更好？
最大的惊喜之一是制备能够与目标形成永久键合的特殊肽有多么困难。我们花了大量时间才让化学反应恰到好处，而最终版本甚至并非最有效的。
另一个主要挑战是确保这些永久阻断剂不会导致非特异性毒性或脱靶效应，尤其是在活细胞环境中。这正是我们的筛选平台发挥了重要作用的地方。由于它在活细胞中运行，因此能自动过滤掉任何有害或不符合预期功能的分子。
永久阻断剂相较于临时阻断剂的关键优势在于，一旦它们附着到目标上，就会一直保持连接状态。这让它们更强大且持续时间更长，尤其是在处理传统药物难以阻断的目标（例如转录因子）时特别有用。
您发现cJun蛋白上有一个特定位置最适合用药物锁定。在选择这个位置或设计药物以适应它时，有什么让您感到意外的地方吗？
令人惊讶的是，这个最佳附着点（称为C269）并未深埋在cJun蛋白内部，因此比预期更容易接近。
我们还发现，肽在细胞内与蛋白的契合及相互作用方式对药物效果有很大影响。这些效应很难仅通过计算机模型查看蛋白质结构来预测。
另一个有趣的发现是，某些肽序列会不断将活性部分放置在C269旁边。这表明肽序列和反应基团的位置对于获得强烈且特异的效果都至关重要。
总体而言，这显示了我们筛选方法的强大之处。因为它在活细胞中运行，可以揭示标准实验室测试可能遗漏的药物结合位点和行为。
您尝试了不同的化学方法使药物永久附着在蛋白质上。是什么帮助您决定哪种方法最有效？您认为未来还有其他类型的“粘性”化学品可能奏效吗？
最终的选择取决于肽的反应能力、特异性、定位准确性以及其在细胞内的稳定性。最好的那些是在肽将其精确放置时才能形成牢固键合的分子，这有助于避免与其他蛋白质的意外附着。
未来确实有空间探索其他类型的“粘性”化学品。一些化学品可能允许我们微调其反应性或靶向蛋白质的不同部位（不仅仅是半胱氨酸）。这可能为设计针对更广泛难治目标的药物打开大门。
您的药物能够附着在cJun上，而不会意外附着在类似蛋白CREB1上。您是如何做到如此特异性的？还能采取哪些措施确保它靶向正确的蛋白质？
我们通过精心设计肽以绑定cJun并在活细胞中测试其效果实现了高度特异性。设计确保了药物的活性部分完美对齐cJun上的C269区域。
尽管类似的CREB1蛋白也有相同的位置，但肽并未附着其上。这是因为第一步——肽附着在蛋白质上的过程——在CREB1上不会发生。没有这一步，化学键就无法形成。
为了进一步确保药物只靶向cJun，我们可以进行未来的测试，检查细胞中所有蛋白质是否存在任何意外结合。还可以改变cJun中的C269位点，以确认药物确实需要该确切位置才能发挥作用。
如何改进这种方法以提高其安全性？
有几种方法可以使这种方法更安全。一种选择是微调药物化学部分的反应性，使其仅在肽精确位于目标蛋白正确位置时形成键合。
我们已经使用基于结构的设计，帮助肽非常精准地适配其目标，并将反应部分远离其他蛋白质。我们还可以使用蛋白质组学。这是一种检查细胞中所有蛋白质的方法，以便早期发现任何意外效应。
另一个想法是使用仅在特定条件下（例如肿瘤中的低氧或酸性环境）激活的特殊反应基团。这将有助于将效果限制在癌细胞中，并降低对健康组织的风险。
除了cJun之外，您认为共价转录因子抑制剂在哪些特定癌症或疾病模型中最有潜力？
这种方法不仅适用于癌症，还具有广泛应用于多种疾病的潜力。我们的筛选方法（称为TBS）在活细胞中运行，不依赖于特定目标。这意味着我们可以用它来寻找针对许多不同转录因子的阻断剂，这些因子是调控基因开关的重要蛋白质。
这些蛋白质在癌症中通常过度活跃，因此这是该方法显然非常有用的一个领域。但它们也在自身免疫疾病中起作用，甚至可能参与神经退行性疾病。我们相信，这一平台可以通过找到针对关键蛋白质的强大且特异的阻断剂，为所有这些领域创造新疗法。
要提高这些肽抑制剂的治疗可行性，细胞内递送方法需要哪些改进？
我们已经证明，这些肽能够进入癌细胞并直接到达其目标cJun。这是重要的第一步。
然而，要将这些肽转化为药物，我们可能需要改进它们在体内的传输效率以及有多少药物到达正确的细胞。这可能涉及更好的递送系统，保护肽、延长其在血液中的停留时间，或更直接引导其进入肿瘤细胞。
这些改进将帮助我们从有前景的实验室结果迈向能够安全有效地应用于患者的治疗手段。
将这些特殊靶向蛋白质的药物转化为能够在体内安全有效工作的真正药物，面临的最大挑战是什么？
最大的挑战之一是确保这些肽能够以足够的量进入体内细胞以产生效果。与任何药物一样，它们还需要在体内保持足够稳定以发挥作用，并拥有适当的吸收、分布和清除平衡。我们还需要证明它们只附着在正确的目标上，并能在不同类型的细胞中工作而不引起副作用。最后，重要的是展示它们能够以足够大的规模和高纯度生产用于实际药物。不过，与许多其他药物类型相比，肽由氨基酸模块构建，这一点通常更为直接。
您的方法能否推广到其他难以成药的目标？
绝对可以。我们方法的真正优势在于，它让我们能够直接在活细胞中测试大量肽库，同时添加能够形成永久键合的化学基团。
这种方法非常灵活，可以适应许多艰难目标，不仅限于转录因子，还包括帮助其他蛋白质结合在一起的蛋白质或没有明确结合口袋的蛋白质。这些都是传统药物通常无法触及的目标。
通过精心设计肽并选择反应化学基团的位置，我们可以为每个新目标创建强大且具选择性的结合剂。这为我们提供了一种强大的、目标独立的方式，为以前无法治疗的疾病寻找新疗法。
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