ADPS

DNA缠绕组蛋白八聚体形成的核小体是染色质的基本单元。染色质重塑蛋白（chromatin remodeler）利用ATP水解的能量移动核小体，从而调节染色质结构与基因表达。染色质重塑蛋白包含4个主要家族：SWI/SNF，ISWI，CHD和INO80，它们具有多种生物学功能。其中，SWI/SNF帮助形成开放的染色质，促进基因表达；而ISWI则感知接头DNA的长度，促进等间距核小体阵列排布，推动紧密染色质结构形成。不同的染色质重塑蛋白具有高度保守的马达结构域（motor domain），是染色质重塑反应的核心。而过度的染色质重塑反应需被抑制，从而避免破坏染色质结构。染色质重塑马达如何克服核小体中组蛋白与DNA的相互作用，滑移核小体的机理并不完全清楚。北京时间2025年4月4日，清华大学生命科学学院陈柱成教授在《科学》杂志《Science》在线发表题为“活跃ATP水解过程中ISWI染色质重塑的结构解析” （Structural insights into chromatin remodeling by ISWI during active ATP hydrolysis）的研究论文。过往的结构研究可能由于使用不能被水解的核苷酸底物，只捕捉到三种染色质重塑状态（ATP，ADP和Apo）。这个最新的研究使用ATP维持DNA滑移，让马达蛋白经历重塑循环中所有可能的构象。研究人员设计了不同浓度ATP实验条件，富集不同状态下的构象，并通过冷冻电子显微镜技术，首次从ATP水解过程中解析出ATP、ADP、ADP*、ADP⁺、ADP*⁺、Apo、Apo*、ADPS和ADPB等九种ISWI 结合核小体的动态结构（分辨率2.3-3.0 Å）。这九种结构共同组成了迄今最完整的染色质重塑循环模型，为解释染色质重塑中的DNA滑移和刹车机制奠定了基础。研究人员发现ISWI马达蛋白在核小体内部（SHL2）引起1 bp DNA隆起（图1）。这个全新构像被命名为ADP*，有别于经典ADP 状态下的1/2 bp DNA形变。ADP*构象中，DNA双链同时从入口端向核小体内部滑移，导致1 bp DNA隆起过渡性地储存在SHL2处，并打破DNA-组蛋白的局部相互作用。这时，ATP水解的化学能变转换成DNA形变的势能。这一现象与两种被广泛关注的染色质重塑机制存在冲突。这既不同于"扭曲传播"（twist diffusion）模型中DNA-组蛋白相互作用保持完整的情况，也有别于"环传播"（loop propagation）模型中多个相邻位点相互作用同时被破坏的特征。ADP*状态的发现找到了染色质重塑循环中缺失的关键拼图，提示一种新的DNA形变传播模式。图1 存储1 bp DNA隆起的ADP*状态结构。（A）ADP*状态下，DNA隆起的电镜密度图。（B）局部DNA-组蛋白相互作用分析。ATP状态，灰色；ADP*状态，彩色。在ADP*状态下，DNA与组蛋白局部相互作用被破坏。（C）相对于ATP状态，ADP*状态的DNA磷酸骨架位移距离热图。ADP*状态下，两股DNA链从入口端向核小体内部移动（箭头方向），1 bp DNA形变储存在SHL2位置。（D）ATP状态（灰色）与ADP*状态（彩色）位于SHL2处的DNA结构对比。该工作还发现了ISWI的多个特异调控构象：ADP⁺，ADP*⁺，ADPS以及ADPB。ADP⁺和ADP*⁺具有正向调控元件：RYA（arginine-tyrosine anchor）和PosC（图 2A-C）。ADP⁺和ADP*⁺构象常见于核小体接头DNA较短一侧，可能起到弥补 DNA结合结构域（DBD）锚定不足的作用，从而稳定马达对核小体的结合，促进染色质重塑活性。相反，在ADPB 状态下，正向调控元件作用消失，而新生成的 Brake 元件通过变构作用，导致马达蛋白异常开放，从而落入失活状态（图2D-E）。据此，研究人员提出了染色质重塑的刹车机制，阐明了ISWI 家族特异的接头 DNA 感知机制。图2 ISWI调控状态的结构。（A）ISWI结构域示意图。（B）ADP+的PosC（深蓝）结构。（C）ADP+的RYA结构。上图展示组蛋白表面电势。（D）ADPB的结构，Brake（橙色）。（E）ISWI的核小体滑移（居中）活性分析。野生型（WT）ISWI感知接头DNA长度，使核小体从DNA末端滑移至中间位置，产生迁移较慢条带。三种Brake作用的突变体，破坏ISWI 感知接头DNA长度的能力，从而形成迁移较快条带。研究人员综合所获得的九种构像，提出一个多步骤染色质重塑模型，包括核心的重塑循环和外围的调控状态（图 3）。在核心重塑循环中，ATP 水解释放无机磷酸，马达经历ATP至ADP构像转变，并在 SHL2 位置引发 1/2 bp 的 DNA 形变。马达蛋白进一步倾转，进入ADP* 状态，引发1 bp DNA隆起。随后，ADP*马达蛋白在整体构像不变的情况下释放ADP，进入Apo*状态。新一轮ATP结合促使马达蛋白闭合，马达的定向运动推动DNA链前移，防止DNA逆滑。同时，马达内部结构发生调整，释放与DNA链的紧密接触，使1 bp DNA隆起向出口方向滑移，DNA恢复松弛状态。染色质重塑的分子动画见陈柱成实验室主页连接（www.chenlab.com）。染色质重塑周期中，DNA在ADP 和ADP* 状态下发生形变，使体系处于高能状态，这是调控染色质重塑活性的关键节点。马达在RYA和PosC作用下，可以稳定在APD+ 和ADP*+ 构象，否则容易滑入失去活性的ADPS 和 ADPB 状态。ADPS的结构代表ATP水解的能量未有效转换为DNA形变的状态（打滑状态）。未来需要更多研究分析能量的转换效率。当核小体滑移使得接头DNA变得较短时，DBD失去锚定位点，马达蛋白刹车，进入ADPB状态，从而避免过度的染色质重塑，实现对接头DNA长度的应答。总之，作者认为核心重塑循环是各染色质重塑蛋白中普遍通用的 DNA 滑移机制，而外围调控层则为 ISWI 家族特有。图3 染色质重塑DNA滑移和调控模型值得一提的是，美国的Mario Halic团队几乎同期解析了人源ISWI（SNF2H）ATP水解过程中的动态结构（预印本，见延伸阅读），证实SHL2储存1 bp DNA隆起的构像在染色质重塑中的普适性。清华大学生命科学学院陈柱成教授为本文通讯作者，清华大学生命科学学院2020级博士生谢悠扬和博士后潘涵为共同第一作者，博士后陈康净也参与了重要工作。本工作获得国家自然科学基金、科技部重大科学研究计划专项、北京生物结构前沿研究中心、清华-北大生命科学联合中心、国家蛋白质科学研究（北京）设施清华基地的大力支持。相关论文：https://doi.org/10.1126/science.adu5654延伸阅读：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0968000419301963?via%3Dihubhttps://www.nature.com/articles/s41594-019-0199-9https://www.nature.com/articles/s41586-019-1029-2https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.31.630910v1本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！

2025年3月3日，CNS研发药企的“黑色星期一”。 Biohaven、Neumora、Lexicon三家药企同日宣布临床失败或调整。Biohaven当日股价下跌13.77%、Neumora股价下跌9.94%、Lexicon股价下跌58.17%。 股价的集体下跌，反映了市场与药企的博弈，治疗药物与安慰剂的厮杀。行业集体面临的深层困局得以浮现—— 当安慰剂组展现出堪比治疗药物的镇痛、抗躁狂或是抗抑郁效果时，人类对脑疾病机制的理解是否仍停留在盲人摸象阶段？ Biohaven：折戟沉沙 2025年3月3日，Biohaven宣布其钾离子通道激活剂BHV-7000，在用于急性治疗双相障碍I型躁狂发作的II/III期临床研究中，未达主要终点。 据悉，本次研究共纳入患者256名，随机接受每日一次BHV-7000或安慰剂治疗，持续3周。主要终点为杨氏躁狂评定量表（Young Mania，YMRS）的评分改善。 YMRS是目前常用的双相障碍评估量表，主要作用为评估躁狂症状的严重程度，表格内容涵盖情绪高涨、活动增多、性欲增强等11个项目，总分越高，症状越重。 结果显示，治疗组与安慰剂组在YMRS评分改善上无统计学差异。不过，安全性良好，未出现剂量限制性毒性或严重的中枢神经系统不良事件。详细数据拟于近期学术会议公布。 双相障碍，是一种既有狂躁症发作又有抑郁症发作的常见精神疾病。根据美国精神疾病诊断和统计手册第五版（DSM-5）分类，该疾病有I型、II型、环性心境障碍等五大类型。 双相障碍I型表示存在至少1次躁狂发作，据不完统计，此类患者一生中约40%的时间处于抑郁相，15%的时间处于躁狂相。目前，该疾病病因尚不清楚。 至于BHV-7000，是一种Kv7.2/7.3钾通道选择性激活剂。Kv7.2/7.3钾通道是电压门控钾离子通道（Kv通道）的一种亚型，主要在中枢神经系统和外周神经系统中表达。 理论上，激活Kv7.2/7.3钾通道，可帮助维持神经元膜电位稳定，减少神经元的过度兴奋性，以此来治疗双相障碍。目前，该靶点尚无药物获批。 此次BHV-7000临床失败，意味着双相障碍狂躁发病的机制复杂性远超预期，通过激活Kv7.2/7.3钾通道，抑制神经元过度兴奋的治疗方案有待验证。当然，临床试验设计、受试者人群筛选与数量都可能影响试验结果，需等到完整数据读出。 目前，BHV-7000还开展了癫痫和抑郁症相关的临床研究。 Neumora：重蹈覆辙 2025年3月3日，Neumora宣布调整其新型κ阿片受体（KOR）拮抗剂navacaprant的临床试验策略，恢复两项已暂停的III期重度抑郁（MDD）研究，暂停一项II期双相障碍研究。 恢复的两项MDD研究，分别为KOASTAL-2与KOASTAL-3研究。今年1月，navacaprant在同系列的KOASTAL-1研究中，未达到主要终点和关键次要终点。 KOASTAL-1纳入患者383名，其中男女比为172（男）：211（女）。主要终点为治疗第6周时，蒙哥马利-阿斯伯格抑郁量表（ MADRS）总分较基线的变化情况；次要终点为斯奈思-汉密尔顿快感量表（SHAPS）的评分改善。 结果显示，治疗组与安慰剂组MADRS总分相对于基线均降低12.9（p = 0.993），SHAPS评分分别降低了-5.8（治疗组）和-5.5分（安慰剂组）（p = 0.648）。 其中，在女性受试群体中，治疗组与安慰剂组MADRS总分分别降低了-14.0和-11.4（p=0.072），SHAPS评分分别降低了-7.2（治疗组）和5.5分（安慰剂组）（p = 0.015）。而男性群体中两组并未表现出统计学差异。 参考资料：2025年，BioTech的首个股价暴跌出现！跌幅超过80% 故，性别差异值得关注。而KOASTAL-2、KOASTAL-3两项研究与KOASTAL-1为重复研究，只是前两项研究中心包含更广。 根据Neumora官网公示，双相障碍研究暂停后，navacaprant的在研适应症变仅剩MDD。 对此，Neumora决定吸取KOASTAL-1的失败经验，增加独立审查机制（SAFER）及筛查工具，确保入组患者符合标准并排除重复参与临床试验者。 Lexicon：破釜沉舟 2025年3月3日，Lexicon宣布其AAK1抑制剂pilavapadin，在用于治疗中重度糖尿病周围神经痛（DPNP）的IIb期PROGRESS研究中，未达主要终点。 PROGRESS研究共纳入患者496名，随机分配到四个治疗组：10mg每日一次、20mg每日一次、20mg给药7天后转为10mg，或安慰剂。主要终点为，从基线到第8周的平均每日疼痛评分（ADPS）变化。 值得一提的是，该项研究允许患者继续使用一种稳定的DPNP治疗药物（例如加巴喷丁、普瑞巴林或度洛西汀），无需停药。 结果显示，在治疗8周时，10 mg每日一次剂量组ADPS评分较基线降低1.74分，显著优于安慰剂组的1.31分，且早期即与安慰剂组拉开临床意义差距。 而20 mg剂量组（含逐步减量方案）疗效未显著优于安慰剂（ADPS降幅1.38 vs 1.31），导致主要终点未达统计学差异（p=0.11）。 安全性方面，10 mg组不良事件（AE）以轻中度为主，且头晕和恶心发生率较20 mg组降低50%。 因此，Lexicon选定10 mg每日一次剂量组为最优剂量组，并将其推进至临床三期。 值得一提的事，PROGRESS研究主要终点要求验证"所有剂量组均优于安慰剂"，而20mg组失败导致整体信号链断裂。类比：考试总分=数学+语文，即使数学满分但语文不及格，总分仍不合格，所以研究算作失败。 对此，Lexicon解释称，若仅评估10毫克单组数据，结果将呈现显著性。详细数据计划在近期医学会议上公布。 此外，本次研究中有一项关键数据需要注意，即“有多少患者正在进行背景治疗”，这一部分患者对最终临床数据的影响几何？ 小结 临床试验的集中溃败，三家药企表现大相径庭。Neumora集中资源，优化患者分层的精细，继续攻克已经失败的MDD适应症；Lexicon剂量爬坡存在不可忽视的疑虑，却执意将药物送至临床三期。 在CNS这片机制混沌的“暗黑森林”里，单纯依赖量表评分与剂量递增的传统开发范式已危机四伏。 想要探索出更高效、稳定的临床试验方案，那这些“失败”定是代价之一。 参考资料： 1.Lexicon to Advance Non-Opioid Painkiller Despite Mid-Stage Trial Failure 2.Biohaven’s ion channel drug fails pivotal bipolar mania study 3.After Phase 3 depression setback, Neumora pauses two trials to make changes, scraps another 4.各公司官网 5.其他公开资料 封面图来源：unsplash 创新药在寒冬，基因疗法在北极 2025-03-03 第二轮美国医保谈判开启，已有七家药企同意参加 2025-03-01 查处"政治遗产"？疫苗药企迎来“至暗时刻”！ 2025-02-28 版权声明/免责声明 本文为原创文章。 本文仅作信息交流之目的，不提供任何商用、医用、投资用建议。 文中图片、视频、字体、音乐等素材或为药时代购买的授权正版作品，或来自微信公共图片库，或取自公司官网/网络，部分素材根据CC0协议使用，版权归拥有者，药时代尽力注明来源。 如有任何问题，请与我们联系。 衷心感谢! 药时代官方网站:www.drugtimes.cn 联系方式: 电话:13651980212 微信:27674131 邮箱:contact@drugtimes.cn 点击，查看更多精彩！