新分子工具探讨癌细胞的生与死

在发展新的癌症治疗上不论是基础或转译研究上都集中在肿瘤细胞不同功能的作用上，其中一个领域是肿瘤细胞的生与死。细胞凋亡，也称作细胞计划性死亡，是细胞包括肿瘤细胞的一个基本作用，细胞凋亡的讯号诱导路径牵涉到很多不同蛋白质及其交互作用，在凋亡讯号中，蛋白质和蛋白质间的交互作用就像很多其他生物反应过程一样，通常由蛋白质交互作用的介面上，有重要的构造或功能上的一些片断或几个重要胺基酸序列来决定或影响其作用。对于生物医学及医药科学家要发展新颖的分子工具来研究或控制这些小蛋白质片断的功能，以及它们所参与的生物及病理过程不论在基础理论及实际应用上都是一个挑战。

在二月份《实验生物及医学》学(Experimental Biology and Medicine) 期刊刊登的文章， Huang, Zhang, Reed, An 及共同作者发展出一新的合成分子做为模式探讨脯胺酸及四胜肽在XIAP调节肿瘤细胞凋亡上所扮演的构造及功能的角色。这工作是共同由Ziwei Huang及Jing An，他们的实验室原来在加州La Jolla的Sanford-Burnham Medical Research Institute，现搬至Cancer Research Institute and Department of Pharmacology of the State University of New York (SUNY) Upstate Medical University in Syracuse, New York，中国北京大学药学院的Liangren Zhang，及Sanford-Burnham Medical Research Institute的John Reed完成的。

领导这国际研究团队的Huang博士说明” 研究蛋白质和蛋白质的交互作用以及它们受合成分子的调节已变成生物医学及药物研发的尖端科学，我们选择含脯胺酸的四胜肽做为一个模式发展新的胜肽模拟分子，研究它们结合XIAP蛋白质的能力，以及抑制XIAP参与肿瘤细胞凋亡讯号时蛋白质和蛋白质交互作用的角色。我们的结果指出这些四胜肽类似剂可以进一步发展成新的分子工具，做为分析XIAP在肿瘤细胞参与蛋白质和蛋白质交互作用的机制以及参与的讯号传递路径，未来也可能研发新的抗癌药物。这研究结合以构造为基础的药物设计、化学、及肿瘤生物学，以及美国和中国的专家及资源，它是一个国际合作的例子，运用化学至生物学及医学，最终目标是发展新的治疗癌症的方法。”

这研究团队利用得自Smac蛋白质的AVPI四胜肽已知的立体构造结合上XIAP蛋白质做为指标，设计一系列的胜肽仿真类似物，它们都含有构造上受限制的脯胺酸类似物exo-2-azabicyclo[2.2.1]heptane-3-carboxylic acid，以核磁共振(NMR) 及分子模型做构造分析显示有些类似物可以仿真原始四胜肽的立体构造，利用萤光极化分析发现其中一个类似物在结合上XIAP蛋白质就像原来的四胜肽。这指出一个可能性就是此类似物可以抑制XIAP的抗细胞凋亡作用，XIAP是细胞凋亡的抑制蛋白质，移除死亡讯号路径的障碍可以造成肿瘤细胞的死亡。

John Reed博士在加州La Jolla领导做这些分子的结合及生物学研究，他说明” 透过和Huang博士及同事合作带来的进展是我们在Sanford-Burnham Medical Research Institute努力很重要的一部份，就是设计及发展小分子化合物抑制IAP家族蛋白质做为癌症有潜力的治疗方法，我们迫切需要更进一步发展成先导药物，以提供那些受苦的恶性肿瘤患者一个新的希望。”

这研究中所用到的胜肽类似物的设计及合成是长期发展目标的第一步，我们是要研发能穿透肿瘤细胞膜到达XIAP目标物，催化能造成肿瘤细胞死亡的讯息路径，未来需要更多的研究及调整让这些胜肽类似物能进入细胞做为抗肿瘤的药物，目前这些类似物的研究是一个基础的研究，目标在了解脯胺酸以及含脯胺酸胜肽结合键立体构造在参与蛋白质生物功能的角色。脯胺酸胜肽键结有二种构造异构物(顺式 及反式异构物) ，可以参与蛋白质不同的功能，过去很多研究已指出脯胺酸或脯胺酸模拟物可以是顺式及反式的混合物，或全是顺式异构物。在这研究中所用的脯胺酸模拟物都是反式的构造，这种人工合成非天然的脯胺酸仿真物在构造及功能有趣的发现也指出在生物学上脯胺酸的异构化也可能发生，且此种脯胺酸模拟物可用来研究脯胺酸及含脯胺酸序列在其他蛋白质和蛋白质交互作用参与不同生物功能的角色。

《实验生物及医学》期刊主编Steven R. Goodman说：「Ziwei Huang及同事优美的研究探讨了含脯胺酸的胜肽在抑制XIAP抗细胞凋亡功能上的角色，这可能带来未来设计新的抗癌药物。这文章也是一个跨领域及国际合作很好的例子，也是我们期刊的焦点」。（生物谷Bioon.com）

生物谷推荐原文出处：

Exp. Biol. Med. doi:10.1258/ebm.2010.010284

Novel X-linked inhibitor of apoptosis protein inhibitors as probes of apoptosis in biology and medicine

Qi Hu1, Aihua Nie2, Kate Welsh3, Fernando R Pinacho Crisóstomo3, Xuejun Zhu3, Zhengxiang Li1, Jing An3,5, John C Reed3, Liangren Zhang1 and Ziwei Huang3,4,5

We report here a series of new inhibitors of the X-linked inhibitor of apoptosis protein (XIAP protein) based on the SMAC-tetrapeptide AVPI. The structural novelty of these molecules is the presence of the proline mimetic exo-2-azabicyclo[2.2.1]heptane-3-carboxylic acid, leading to analogs with similar activity to the natural ligand peptide. The structure–activity relationship and computational docking studies support the convenience of this unnatural amino acid as a building block to develop new peptides or small molecules targeting the XIAP-BIR3 domain.

Keywords: XIAP-BIR3, AVPI, proline mimetic, exo-2-azabicyclo[2.2.1] heptanes-3-carboxylic acid