ATP 依赖性蛋白酶 ATP 结合亚基 ClpC1

▎药明康德内容团队编辑据统计，2021年有160万人死于结核病，时至今日它仍然是世界上由单一病原体引起的最致命的传染病。随着耐药性结核分枝杆菌的出现，这种疾病在2020年以来再次成为一种流行病。近日，科学家们利用BacPROTAC技术开发了一种抗菌剂，可以摧毁目标细菌蛋白，为从根源抗击结核病带来了新的希望。这一研究陈果现已发表在知名学术期刊《细胞》杂志上。结核病是一种古老的疾病，人们在距今3000年的埃及木乃伊中发现了这种疾病的痕迹。结核病由结核分枝杆菌感染所引起。当感染者咳嗽、打喷嚏或说话时，这些细菌会进入空气中，然后被周围的人吸入，从而引发结核病。尽管暴露在结核病患者附近的人群中，只有部分人会感染结核病，但结核病在高风险人群（如免疫系统受损者、艾滋病毒感染者、年老体弱者等）中的传播率较高。当出现症状时，结核病主要影响肺部健康，导致咳血和体重减轻，在某些情况下甚至会导致死亡。随着耐药菌株的出现，治疗结核病变得越来越具挑战性。这使得寻找新型抗菌剂成为当务之急。结核分枝杆菌最有希望的药物靶点之一是Clp蛋白复合物，这是一种酶复合体，可以打开并切碎错误折叠和不需要的蛋白质。如果这种机制失控，可能会引发异常的蛋白浓度，并导致细菌的死亡。从游离细菌中提取的一些天然化学物质，如cyclomarin A和ecumicin可以与Clp复合物的关键组分ClpC1结合，并损害其活性。然而，这些抗菌剂都面临着一个潜在的问题——细菌自身的防御机制，这也是导致耐药性的原因之一。图片来源：123RF为了解决这个问题，科学家们剖析了cyclomarin A和ecumicin是如何影响细菌细胞内蛋白质组成。他们发现了两种关键蛋白质——ClpC2和ClpC3。在细菌经过cyclomarin A或者ecumicin处理后，这两种蛋白的浓度会急剧增加。经过进一步研究，他们发现这些蛋白质构成了细菌的一种防御机制，通过结合抗菌化合物来保护ClpC1不与这些分子结合，同时让这些抗菌分子远离核心Clp复合物。当细菌处于逆境时，ClpC2和ClpC3将发挥关键作用，它们一方面可以防止ClpC1发生蛋白质超载，另一方面还会通过阻止抗菌剂和ClpC1的相互作用来减轻抗菌剂对细菌的不良影响。这一全新的机制为科学家们设计新的抗菌策略提供了思路。据此，他们创造了一种双头cyclomarin A分子，这些分子能够让Clp自我攻击——每个cyclomarin A分子的头部分别结合了ClpC1分子，这些分子将ClpC1聚集在一起，促使它们结构展开并发生降解。这种分子的设计是基于一种名为BacPROTACs的蛋白降解技术，其分子设计可以导致任意目标细菌蛋白质的选择性降解。BacPROTACs由两个连接在一起的模块组成：一个选择性地附着在目标蛋白上的靶结合模块，以及一个将靶蛋白与Clp酶连接从而诱导降解的化学基团。这两个模块都是基于cyclomarin A，因此研究人员将它称为“同源型BacPROTAC”（Homo-BacPROTAC）。Homo-BacPROTAC不仅能有效降解ClpC1，还能靶向ClpC2，从而瓦解细菌的防御机制。这比单个cyclomarin A分子抑制结核分枝杆菌生长的效果高出百倍以上。此外，研究人员认为BacPROTACs在对抗抗生素耐药性方面具有巨大的潜力。这些分子组件的特异性强、抗菌效果显著、并且可根据需要进行调整。由于它们的靶点是细菌应对压力环境所必需的Clp结构，因此不太可能变异。作者指出，这项蛋白降解技术利用了生物体固有的蛋白质回收机制，因此适用于包括细菌、真菌、动植物等多种生命形式，因此它们有望成为治疗人类结核病或其他感染相关疾病的方法。但在这项技术上市之前，它必须经过进一步的测试和调整，以保证其安全有效。总之，本研究的结果突出了BacPROTACs作为未来对抗耐药性分枝杆菌策略的潜力。大家都在看▲欲了解更多前沿技术在生物医药产业中的应用，请长按扫描上方二维码，即可访问“药明直播间”，观看相关话题的直播讨论与精彩回放参考资料：[1] Hoi, David M et al. “Clp-targeting BacPROTACs impair mycobacterial proteostasis and survival.” Cell, S0092-8674(23)00404-X. 27 Apr. 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.04.009[2] Fighting tuberculosis with bacterial self-sabotage，Retrieved May 6, 2023, from https://www.imp.ac.at/news/article/fighting-tuberculosis-with-bacterial-self-sabotage免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。版权说明：本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「药明康德」微信公众号回复“转载”，获取转载须知。分享，点赞，在看，聚焦全球生物医药健康创新

细菌感染每年导致数十万人死亡，尤其在中低收入国家。 细菌感染每年导致数十万人死亡，尤其在中低收入国家。考虑到过去50年来仅有少量抗生素获批，新抗生素的发展还面临着细菌包膜的低渗透性以及特异性靶标少的挑战。病原体对现有药物产生耐药性的速度进一步加剧了寻找有效抗菌剂的困难。鉴于这种不平等的军备竞赛，细菌性流行病的卷土重来是一个很大的威胁，迫切需要对抗感染的创新战略。 药物发现中的一个新兴概念是诱导降解靶蛋白。对于真核生物来说，泛素-蛋白酶体系统是细胞内蛋白质降解的主要途径，参与细胞内 80% 以上蛋白质的降解。泛素对蛋白质来说无异于“死神来了”，一旦被盯上，终将被摧毁。 最突出的合成“降解剂”是蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）：双功能小分子，包括 E3 泛素连接酶结合部分和靶蛋白（POI）结合的化学部分。PROTAC 通过使 E3 连接酶和 POI 接近，促进 POI 泛素化和随后的蛋白酶体降解。 与经典抑制剂相比，蛋白质降解剂具有多种优势。例如，基于此种催化模式，它们表现出更高的降解效率。此外，PROTAC 几乎可以靶向任何细胞蛋白质，并且它们两个端口可以进行模块化改造，允许改造蛋白质配体以设计出针对特异性靶蛋白的“降解剂”。 尽管有这样的希望，PROTAC 技术迄今为止仅限于真核生物的泛素标记系统，尚未转移到细菌的降解途径中。实现细菌内的靶蛋白降解将为设计蛋白质功能调节剂和开发新型抗菌剂提供有吸引力的策略。 近日，奥地利维也纳分子病理学研究所的 Tim Clausen 实验室与德国杜伊斯堡-埃森大学的 Markus Kaiser 实验室合作，在 Cell 期刊发表了题为：BacPROTACs mediate targeted protein degradation in bacteria 的研究论文。 该研究开发了一种新型小分子降解剂——BacPROTAC，基于细菌内的 ClpCP 蛋白酶降解系统，实现细菌内的靶蛋白降解，为抗菌剂开发提供了全新策略。