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研究人员使用合成的小分子工具，称为化学探针，具有类似药物的性质，以识别特定类型的蛋白质，从而找到潜在的新药线索。然而，目前可用的技术无法获得具有金属、代谢物或翻译后修饰的治疗靶点。
现在，梅根·马修斯及其同事实验室的一项研究提出了一种新的方法来操纵这类迄今为止仍“无法治愈”的疾病靶点。该研究结果发表在《ACS**科学》杂志上，并在9月份的封面上发表。
马修斯实验室的科学家是多学科、协作的化学生物学家。他们拥有合成化学、酶学、细胞生物学和基于质谱的化学蛋白质组学方面的专业知识，化学蛋白质组学通常用于表征小分子蛋白质相互作用及其对蛋白质功能的影响。利用这种方法，研究人员可以全面分析和发现与特定探针反应的蛋白质，了解这些蛋白质的作用，并通过新的机制抑制蛋白质的活性。
在这项研究中，研究人员使用一种称为基于活性的蛋白质分析（ABPP）的方法，将重点放在绘制有机肼-NHNH2探针的化学反应性上，该探针模拟FDA批准的首批抗抑郁药之一，即苯乙嗪。经典的ABPP探针针对单一类型的亲核或富电子氨基酸，而肼探针则设计用于捕获亲电或贫电子的酶辅因子和翻译后修饰。
这项研究的主要研究者马修斯说：“肼通过非常有趣的化学反应捕捉到各种非常令人兴奋的目标，因此我们将其作为发现酶抑制剂的起点。”“我们想问这个药效团能在蛋白质组范围内做些什么，因为质谱分析，我们能做到这一点。”
在将他们的探针部署到两个人类细胞系中后，他们发现探针与使用多种辅因子的多种酶类的目标反应；辅助因子是帮助蛋白质发挥功能的不同类型的化学机械。然后，通过绘制探针标记在蛋白质上的位置图，科学家们证明了两种反应模式，称为直接极性攻击和氧化活化/断裂，它们依赖于联氨的多功能特性及其捕获不同类型电子缺失的能力。
博士后兼第一作者林宗涛（Zongtao“Tom”Lin）说，最大的技术挑战之一是确定探针在何处以及如何与蛋白质反应，因为这不是很容易预测的。“我们的解决方案是使用同位素联氨探针，用它的‘重’对应物15N取代天然丰富的氮原子14N。这使我们能够看到联氨基团在与蛋白质反应后是否丢失，”林说。“在那之后，我们依靠计算工作流程来匹配肽片段模式并缩小探针标记的位置。同位素联氨探针和计算搜索的结合让我们实现了我们的目标。”
研究小组发现，尽管肼具有广泛的反应性，但它们仍然是活性位点导向的，并被占据蛋白质活性位点的其他分子所阻断。马修斯说：“因为他们的目标是功能化学，他们能够读出许多不同酶类的功能状态。这非常令人惊讶，因为它接近单探针圣杯，能够分析任何缺乏电子的蛋白质功能。”“因此，现在，原则上，我们可以为蛋白质组中未知的一半中发现的靶点开发选择性分子，这种靶点现在是‘可药物化的’，这是非常强大和广泛的。”
接下来，科学家们将详细阐述并调整这些肼，以探索不同的亲核试剂是否具有与亲电试剂相同的能力，作为辅助因子依赖酶的有效、选择性抑制剂。
Matthews补充说，由于这些方法是“疾病不可知的”，因此有独特的机会研究患者样本和疾病模型中的动态调节活动。“总的来说，我们希望联氨探针保留经典ABPP探针的所有功能，包括发现抑制剂和新的作用机制，马修斯说。“在某些情况下，我们也希望发现一些新的生物学。”
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