甲硫氨酰氨肽酶活性位点探针及抑制剂的设计与合成

• 作 者: 崔永梅
• 机 构: 中国科学院上海药物研究所
• 出 处: 中国科学院上海药物研究所
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 甲硫氨酰氨肽酶 活性位点探针 定点突变 抑制剂 生物电子等排替换 抗感染药物 药物设计

负责剪切新生蛋白或多肽链N端甲硫氨酸的甲硫氨酰氨肽酶(methionineaminopeptidases，MetAPs)是一类两价金属离子依赖的蛋白水解酶，对维持细胞正常生理功能具有重要作用。甲硫氨酰氨肽酶是潜在的抗细菌、抗真菌和肿瘤治疗的分子靶点。然而，生理状态下，MetAP在细胞内结合并利用的金属离子类型目前还没有定论。因而，研究和发展不同金属离子选择性的甲硫氨酰氨肽酶抑制剂对于细胞内源性金属离子的解析以及新型抗肿瘤及抗感染药物的研发具有重要意义。　　
本工作第一部分基于三肽硫酯底物Met-S-Gly-Phe改变N端氨基酸残基合成了一系列S1口袋活性位点探针Xaa-S-Gly-Phe，通过定点突变的方法将EcMetAP1和HsMetAP1中可能参与底物N末端甲硫氨酸结合的S1疏水口袋氨基酸突变为丙氨酸或丝氨酸，通过突变体对14种N末端氨基酸替换的硫酯底物Xaa-S-Gly-Phe的水解活性分析表明，其中EcMetAP1的C59A/S、Y62A、C70A/S和HsMetAP1的C202A突变体减小了对底物N末端氨基酸的限制，对具有较大侧链的亮氨酸或苯丙氨酸替代甲硫氨酸的底物也能水解。EcMetAP1的C70A突变体与HsMetAP1的C202A突变体对三肽底物Xaa-Ala-Ser的水解作用及甲硫氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸对野生型酶和突变型酶的产物抑制作用进一步验证了S1位点氨基酸残基突变后使得EcMetAP1和HsMetAP1的S1疏水口袋能够容纳较大侧链的亮氨酸和苯丙氨酸。所获得的EcMetAP1与HsMetAP1活性中心的结构差异对于设计和合成高活性及高选择性的MetAP1抑制剂具有重要指导意义。　　
本工作第二部分以本小组早期发现的吡啶-2-羧酸噻唑酰胺(PCAT)类甲硫氨酰氨肽酶抑制剂为起点，利用吡啶与噻唑的典型生物电子等排特性，通过合理的化合物库设计及系统的构效关系研究，发现了一大类体外对Co(II)-MetAP1具有较高抑制活性的非肽类小分子抑制剂，部分化合物对EcMetAP1的抑制活性IC50达到10nM。初步的抑菌实验结果表明，此类化合物体外活性与体内活性没有对应性。除去化合物的疏水性和细胞膜对化合物通透性的影响，另一种可能原因为MetAP研究领域面临的一个普遍问题，即在生理状态下存在于MetAP活性中心的内源性金属离子还没有定论，因此也不排除用不同金属离子激活的酶发现的抑制剂体内外活性的差异。目前在MetAPs体内金属离子尚不清楚的情况下，笔者发现的这类Co(II)-MetAP1选择性的高效小分子抑制剂，可作为有效的化学生物学工具化合物对MetAPs性质和功能进行研究，为进一步寻找作用于细胞内的MetAPs抑制剂提供重要的结构信息。