The energetic and allosteric landscape for KRAS inhibition
蛋白质作为生命活动的执行者，细胞内数以千计的蛋白质已被证实可作为数百种人类疾病的治疗靶点。然而，仅有极少数蛋白质能够被成功靶向，大多数蛋白质因缺乏有效的药物结合位点而被认为是“不可成药”靶点。KRAS是众多癌症类型中最常见的突变基因之一，存在于10%的人类癌症中，并在胰腺癌、肺癌、结直肠癌等致命性癌症中具有更高的突变频率，因此被称为细胞中的“死星”。自1982年被发现以来，KRAS一直被认为是不可成药靶点。
2023年12月18日，巴塞罗那科学技术研究所的Ben Lehner团队（博士后翁晨春为第一作者）在《自然》杂志上发表了题为“The energetic and allosteric landscape for KRAS inhibition”的研究论文。
该研究全面解析了KRAS中发现的变构位点，这些位点是药物开发中备受关注的潜在药物靶点。这一发现提供了蛋白质的第一个完整变构控制图谱，揭示了KRAS的弱点，有望大大加速更安全、更有效的癌症疗法的开发。
蛋白质间的相互作用极为复杂，“锁钥模型”是阐释这一现象的经典理论。即若要调控某蛋白质，需借助能与之活性位点精准契合的分子（如蛋白质、化合物或药物），如同钥匙开锁。然而，蛋白质结构具动态性，其表面的“二级锁”（变构位点）可对其产生影响。当分子与变构位点结合时，会引发蛋白质构象变化，进而改变其活性或与其他分子结合的能力，例如改变活性位点的内部结构。
基于此，变构位点常成为药物开发的热点。与靶向活性位点的药物相比，靶向变构位点的药物通常更具优势，不仅疗效更佳，安全性更高，还因特异性更强而减少副作用，并能更精准地调节蛋白质活性，为微调其功能提供可能。
然而，变构位点的探寻极具挑战性。以KRAS为例，历经40余年研究，数万篇论文发表，超300种KRAS变体结构得以解析，但直至近期，仅有两款靶向KRAS的药物获批临床应用——sotorasib和adagrasib，其作用机制均为附着在KRAS活性位点附近的一个“口袋”上，引发蛋白构象变化，阻止其激活。
在最新研究中，团队借助“深度突变扫描”技术绘制了KRAS的变构位点图谱，涵盖超26000种KRAS突变体，相邻突变体每次仅改变一至两个氨基酸。
研究模式图和算法模型
研究团队随后运用人工智能软件深入分析这些KRAS突变体的折叠构象变化，以及它们与另外6种靶蛋白的结合能力变化，这些靶蛋白对KRAS的致癌作用至关重要。通过对数据进行系统整合与分析，研究团队精准筛选出那些功能发生显著变化的KRAS突变体，从而确定已知和新的治疗靶点的变构位点。
此外，研究团队还在双突变体中开展遗传相互作用测试，并进行大规模的生物物理测量。所构建的KRAS突变体能量景观量化了氨基酸突变如何调节KRAS蛋白的结合特异性，从而预测可作为治疗靶点的抑制性变构位点。
KRAS突变体的构象变化
研究结果显示，KRAS具有比预期更多的强变构位点，这些位点的突变抑制了KRAS蛋白与其3个主要伴侣蛋白的结合，表明广泛抑制KRAS的活性是可能的。该研究还发现，KRAS的微小变化可以极大地改变它与伴侣蛋白的相互作用，使其更偏好结合其他蛋白。
这一发现具有重要的意义，因为它可能为开发新的治疗策略来调控KRAS的异常活性提供依据，而不妨碍其在非癌组织中的正常功能。实际上，保留正常版本的KRAS意味着更少的药物副作用，以及更安全、更有效的治疗结果。
KRAS突变体与伴侣蛋白的结合能力变化
在绘制的KRAS变构位点图谱中，有一个子集尤为值得关注，因为它们位于KRAS蛋白表面易于接近的四个不同活性口袋中，这些位点是KRAS潜在药物靶点的有力候选。此外，论文第一作者翁晨春博士特别强调了一个具有独特吸引力的活性口袋——活性口袋3，该口袋远离KRAS的活性位点，因此以往制药公司对其关注较少。
研究团队指出，此前开发靶向KRAS的药物历经数十年的努力，部分原因在于缺乏大规模识别变构位点的有效方法，这使得我们在探索治疗靶点方面处于盲目状态。而这项研究则展示了一种新方法，能够系统地绘制整个蛋白质的变构位点图谱，为药物开发照亮了道路。
在药物开发过程中，主要挑战并非识别导致疾病的蛋白质，而是如何调控它们。本研究的突破性进展在于其可扩展性——能够绘制任何蛋白质的变构位点图谱，从而快速识别可用于药物开发的靶点。总之，这项发表于《自然》杂志的研究开发了一种全新的蛋白质变构位点预测方法，首次全面绘制了KRAS的变构位点图谱，并能够提供任何物种中任何蛋白质的完整变构控制图谱，打破了“不可成药”的困境，为靶向药物的开发开辟了新的途径。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| Anti-AQP4 | HPA014784-100ul-AtlasAntibodiesAB | 100ul |
| Cas9 ( S. pyogenes ) (7A9-3A3) Mouse mAb | 14697T | 20ul |
| XE991 | X-100-25mg | 25mg |
| α-Bungarotoxin - 0.5 mg | B-100-0.5mg | 0.5mg |
