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【化生】王浩/刘聪合作JACS：设计自组装多肽诱导蛋白聚集发展新颖肿瘤抑制剂

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2024-10-25 08:09

正文

Fused in Sarcoma (FUS) 是一种具有多种重要生理功能的RNA结合蛋白。FUS基因最初在人体脂肪肉瘤中被鉴定为一种融合癌基因，且其在某些类型的癌症（如低级别纤维粘液样肉瘤和粘液样脂肪肉瘤）细胞中表现出异常表达。此外，FUS的异常病理性相变聚集与渐冻人症（肌萎缩侧索硬化症，ALS）密切相关。因此，FUS作为相关疾病的重要潜在靶点长期以来备受关注。然而，由于FUS蛋白中存在大量无序结构区，精准设计FUS靶向分子成为极具挑战性的问题。

近期， 国家纳米科学中心王浩 研究员与 中国科学院上海有机化学研究所 生物与化学交叉研究中心刘聪研究员合作在《美国化学会志》（ Journal of the American Chemical Society ）上发表了一篇研究文章，报道了 运用多肽自组装分子相互作用原理开发FUS靶向肽的新方法。 研究团队采用FUS蛋白的同源多肽序列作为模板进行靶向肽的设计，成功获得了能够特异性靶向FUS并且具有高度自组装能力的β4多肽。该多肽能够在细胞中通过诱导FUS的相变聚集从而使其功能失活来杀伤肿瘤细胞。这一工作为靶向FUS的抗肿瘤药物开发提供了全新的思路，同时也为新型自组装蛋白靶向肽的设计和研发开辟了新的途径。

图1. 四条β-sheet多肽的选取及其自组装性质。(a) FUS RRM结构域中提取的四段多肽序列（β1、β2、β3、β4）。(b) 通过ThT荧光强度分析四段多肽水溶液的自组装性质。(c) β1~β4水溶液的TEM图像，比例尺 = 200 nm。(d) 两个β4多肽分子的分子对接图。(e) 分子结合机制分析，包含氢键和疏水相互作用。

在本研究中，研究人员首先基于FUS蛋白中RNA结合域的三维结构设计了四段β-折叠多肽片段，并通过ThT染料、透射电子显微镜（TEM）以及分子对接实验，发现其中的β3和β4片段在溶液中具有高度的自组装能力（图1）。接下来，研究人员通过共免疫沉淀（Co-IP）、计算机模拟以及表面等离子体共振（SPRi）实验，验证了β4片段能够与FUS蛋白的同源区域进行特异性结合。为了进一步将具有活性的β4多肽有效递送到细胞核中识别并调控FUS，研究人员在β4多肽的C末端融合了一段核定位序列（YGRKKRRQRRR，TAT）。通过计算机模拟等实验，研究结果表明TAT序列的整合并不会改变β4多肽的构象或其与FUS蛋白的结合模式。此外，β4-TAT多肽依然保持了较强的自组装能力。最后，研究人员证明了β4-TAT多肽能够进入细胞核，与FUS蛋白结合，并且由于其自组装特性，能够诱导FUS蛋白的异常聚集，最终导致肿瘤细胞的死亡（图2）。这一发现展示了利用自组装多肽设计FUS蛋白靶向药物的潜力。

图2. β4-TAT对FUS高表达细胞系的选择性细胞毒性。(a) SkBr-3细胞在不同浓度下与β1-TAT、β2-TAT、β3-TAT和β4-TAT共孵育24小时后的细胞活力。(b) HUVEC细胞在不同浓度下与β4-TAT共孵育24小时后的细胞活力。(c) 用100 μM的β4-TAT多肽处理SkBr-3细胞4小时后的生物透射电镜（Bio-TEM）图像。(d) 正常SkBr-3细胞的生物透射电镜（Bio-TEM）图像。(e) SkBr-3细胞在与不同浓度的β4-TAT共孵育4小时前后的MLKL（pS358）蛋白表达水平的Western Blot分析。(f) SkBr-3细胞在与β4-TAT（60 μM）共孵育4小时前后的LC3蛋白表达水平的Western Blot分析。

图3. β4多肽的设计流程及与诱导肿瘤细胞死亡的分子机制。

综上所述，本研究利用多肽自组装的特性，通过设计能够靶向识别FUS蛋白的活性β4多肽，诱导FUS在细胞中聚集，从而抑制肿瘤细胞的生长（图3）。这为靶向FUS的肿瘤药物研发提供了全新的思路。该研究的第一作者 王曼迪 博士本科毕业于山东大学，博士毕业于国家纳米科学中心，导师为王浩研究员，现于美国威斯康辛大学麦迪逊分校进行博士后研究，合作导师为Song Jin教授。王浩研究员与刘聪研究员为该论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院及上海市科委的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Homologous Peptide Foldamer Promotes FUS Aggregation and Triggers Cancer Cell Death

Man-Di Wang, Li Yi, Yanying Li, Ruiwen Xu, Jiaojiao Hu, Da-Yong Hou, Cong Liu*, Hao Wang*

J. Am. Chem. Soc . 2024 , DOI: 10.1021/jacs.4c03420

导师介绍

王浩

https://www.x-mol.com/university/faculty/23181

【化生】王浩/刘聪合作JACS：设计自组装多肽诱导蛋白聚集发展新颖肿瘤抑制剂

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