[发明专利]鉴定蛋白质折叠抑制剂的方法

说明书

本发明涉及用于鉴定抑制蛋白质的折叠，从而抑制其生物学功能的抑制剂的方法，尤其是用于鉴定蛋白质折叠、具有高度选择性并且不产生抗性的肽类抑制剂的方法。

发明背景

蛋白质起主要生理学作用的事实是本领域公知的。人们已经在用蛋白质作为治疗剂，催化剂和具有特定性能的适宜材料方面作出了许多努力。

许多疾病起源于导致蛋白质丧失功能性的蛋白质突变。在某些情况下，例如，由蛋白质发挥的催化活性可能受损，从而导致代谢途径发生改变(例如，苯丙酮尿症)。在其它一些情况下，蛋白质本身的结构特性可能受到影响，以致于导致物理功能性的丧失(例如，肌营养不良症)。Creutzfeld-Jakob病和其它传染性脑病可能由蛋白质的改变其形状和形成聚合物的结构修饰引起[1]。类似地，疾病还可能由蛋白质逐渐转化为聚合性β-折叠的长链，并沉淀，形成原纤维的淀粉样变引起[2]。

已知有许多癌症的发生是由于蛋白质的突变。在这个意义上，已知有约50％的人类癌症由主要降低其稳定性的肿瘤抑制因子P53的突变导致[3]。

酶和受体是恢复功能，或者破坏传染原或癌症的药物的常见靶点。蛋白质科学的终极目标是能根据蛋白质的氨基酸序列预测其结构和活性(所谓的“折叠问题”)，及抑制该活性[4，5]。有了这样的成果，设计和合成新的催化剂，材料及药理活性剂，尤其是适于抑制酶活性的药物将成为可能。

这些药物可能显示的主要特性是特异性(即，无毒)和有效性。通常，这可以通过将酶的活性位点加帽(竞争性抑制)，或者通过结合到该蛋白质的某些其它区域/部分上，从而引起使该酶不适于与底物结合的结构变化(变构抑制)来实现。

为了实现这些目标中的任何一个，必须优化配体和蛋白质之间的结合。由于不仅需要计算酶和底物或其它配体间的能，而且还需要计算它们与水的相互作用能和反应期间熵的变化这样一个事实，因此这是个相当艰巨费时的问题。净结合能是两个大数之间的小差异。

在靶点为显示高突变率的病毒蛋白质的情况下，出现的更复杂的问题是常常伴随着众所周知的抗性的发展。因此，策划新的策略，使设计比已知的以活性位点为中心的设计更有效更经济的蛋白质抑制剂成为可能，以及产生以阻断酶与其底物间的相互作用为目的，不产生抗性的策略是至关重要的。

许多实验性[6-8，38，41]和理论性[9，10]的研究显示球状单结构域蛋白质(即，长度为N，包括60-150个氨基酸的蛋白质[28])通过分级机制(hierarchical mechanism)折叠，所述分级机制即，由少数连续氨基酸组成小单元，由小单元构成大单元，大单元再依次构成更大的单元，最后形成完整蛋白质。

对天然态形成前氨基酸链段的折叠和缔合的实验性研究鉴定了初期折叠事件中的部分类天然结构[39]。这些结构要素通常被称为折叠结构域或折叠子[9]。这些单元的操作定义是：“蛋白质从变性态开始折叠形成的最初可观察的类天然结构的三维结构”。这些结构域内的突变可以严重限制正确折叠蛋白质的形成[10]。

模型计算[11，12]显示，小的单体单结构域蛋白质的折叠从未折叠构象开始，在依次发生下列分级事件后进行：1)形成少数(2-4个)总体上含有所述蛋白质的约20％至约30％的氨基酸(因此各含有该蛋白质的5％至15％的氨基酸)的局部基本结构(通常称为LES)，所述LES通过少数沿所述多肽链接近的高度保守的强相互作用(“热”)疏水氨基酸(小于所述蛋白质氨基酸的10％)而得到稳定；2)LES在(后临界)折叠核对接(docking)[13]，即形成使系统处于整个折叠过程的主要自由能障之上的天然接触的最小集合；3)在折叠核形成后将剩余的氨基酸立刻松弛在天然结构上。人们发现，稳定LES的“热”点对(非保守性)点突变非常敏感。由于大多数蛋白质稳定能集中在这些位点，因此其中一个或两个发生突变的可能性具有较高的使折叠构象失稳的概率。用模型计算的LES鉴定前段的折叠结构域是正常的。

同样的模型表明，利用其序列与蛋白质的LES的序列相同的肽(称为p-LES)可能使该蛋白质的天然构象失稳[14]。