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亲和质谱技术:药物靶标配体的高通量筛选

来源:SCIEX 2019-11-13 12:18

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疾病相关的药物靶标蛋白与小分子化合物的亲和作用研究是当今开发新药分子的热点领域。亲和质谱技术(Affinity Selection Mass Spectrometry)作为一种间接筛选小分子配体的方法,已经成功应用于许多受体、酶等靶蛋白的配体的筛选,并且得到了广泛的应用。

亲和质谱分析的基本原理是:首先获得配体与靶蛋白结合的复合物,而后采用某种纯化方法将复合物与溶液中未结合的配体分离,最后对从复合物中解离下来的配体进行液质联用分析从而鉴定其配体结构。研究者通常从大量化合物库中筛选出与靶蛋白发生特异结合作用的小分子配体,如此的混合物筛选方式可以显着提高筛选通量和降低成本。

水雯箐研究员2016年初加入上海科技大学,在iHuman研究所建立了配体筛选与组学技术课题组,是国内较早开展亲和质谱用于药物靶标配体高通量筛选的学者之一。其团队的研究以生物质谱技术为核心,结合生物化学、分析化学、药物化学和计算生物学等手段,围绕关键药物靶标蛋白尤其是G-蛋白偶联受体家族开展配体发现和作用机制的研究。

G-蛋白偶联受体(GPCR)家族是细胞表面最主要的受体,它们在各种生理病理过程中都起着核心调控作用,是极其重要的药靶家族。由于传统方法如表面离子共振技术(SPR),核磁共振技术(NMR)等对蛋白纯度和稳定性有较高要求,且通量较低,因此,针对GPCR靶标的化合物库筛选和配体表征需要开发新技术。水雯箐课题组使用SCIEX TripleTOF?6600系统开发了基于亲和质谱技术的高通量、无标记的配体筛选方法,用于GPCR 小分子配体的筛选。该研究成果发表于Chemical science 2018, 9, 3192-3199:High-Throughput Identification of G Protein-Coupled Receptor Modulators through Affinity Mass Spectrometry Screening。

水老师介绍说:“亲和质谱配体筛选技术的关键有如下几点,样品方面需要有大量化合物库的累积,针对特定的靶标蛋白需要优化亲和选择的方法和流程,质谱分析方面则需要较高的仪器灵敏度和分辨率从而保证从成千上万的小分子混合物中鉴定有亲和力的化合物,而软件对大量小分子的平行处理能力有利于快速提取可能的配体峰信号。SCIEX 高分辨质谱TripleTOF?6600和PeakView?软件为亲和质谱筛选提供了很好的助力。

实验中我们只筛选了4333 个化合物,鉴定到了12 个已知的5-HT2CR 小分子调控剂,并发现了若干未知的新结构配体。通过进一步的放射性同位素配体实验和细胞钙流实验,我们发现了一个作用于5-HT2CR 的新结构拮抗剂。另一个我们研究的GPCR 靶标人胰高血糖素样肽-1 受体(GLP-1R)则更具挑战性。对于该受体,目前已报道的非肽类小分子调节剂十分罕见。利用我们的高通量亲和质谱筛选技术,结合放射性同位素配体实验以及细胞活性实验,我们发现了4 个特异靶向GLP-1R 的新型别构激动剂。”

亲和质谱技术结合了蛋白质亲和纯化方法与小分子质谱技术,为大规模得筛选与靶蛋白存在相互作用的小分子配体提供了一种非偏向性、系统性的研究方法。该方法已被成功应用于多种可溶性药靶蛋白的配体筛选,并与生化和细胞功能实验紧密结合,在发现新型先导化合物方面潜力巨大,同时对于揭示一些关键信号转导通路中的新靶标具有很好的优势。随着高分辨质谱在灵敏度和覆盖度上的不断提升,可预见亲和质谱技术在蛋白靶向的天然活性化合物筛选和胞内代谢物调控蛋白质功能等领域都将发挥出愈加突出的作用。(生物谷Bioon.com)

 

 

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