分享至
成都先導(dǎo)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)生物學(xué)（晶體學(xué)） 全能力服務(wù)體系成功建立！
成都先導(dǎo)藥物開(kāi)發(fā)股份有限公司HitGen Inc.是一家快速發(fā)展的生物技術(shù)公司，總部位于中國(guó)成都，在美國(guó)設(shè)有子公司。公司為小分子新藥發(fā)現(xiàn)建立了一個(gè)以設(shè)計(jì)、合成和篩選為核心的DNA編碼化合物庫(kù)的技術(shù)平臺(tái)。
成都先導(dǎo)于2020年配備了中國(guó)西南地區(qū)首臺(tái)可媲美二代同步輻射光源的布魯克液態(tài)金屬靶X-射線室內(nèi)衍射儀（D8 VENTURE) 用于日常晶體的衍射實(shí)驗(yàn)或數(shù)據(jù)收集。
目前，成都先導(dǎo)的X-射線室內(nèi)衍射儀可全年對(duì)外開(kāi)放，歡迎業(yè)界有需要的客戶前來(lái)咨詢合作。
下面是來(lái)自成都先導(dǎo)的相關(guān)介紹：
前言
基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)（SBDD）越來(lái)越被認(rèn)為是藥物研發(fā)中一個(gè)至關(guān)重要的組成部分。獲得高分辨率靶蛋白的三維結(jié)構(gòu)，提供原子水平的信息，能使藥物化學(xué)家更有把握地快速進(jìn)行先導(dǎo)化合物的優(yōu)化。隨著人工智能時(shí)代的加速到來(lái)，尤其是最近AlphaFold 2在結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)上所取得的重大突破（圖1），讓無(wú)數(shù)業(yè)內(nèi)學(xué)者為之興奮。那么，AlphaFold是不是徹底解決了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的問(wèn)題？相較于傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)晶體學(xué)方法兩者是否有互補(bǔ)的作用？成都先導(dǎo)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域又能涵蓋哪些服務(wù)范疇？
圖1. Deepmind AlphaFold 2在CASP14競(jìng)賽中算法精度的卓越表現(xiàn)
(數(shù)據(jù)來(lái)自于Nature, Vol.588, 10 Dec, 2020)
一、蛋白質(zhì)晶體學(xué)概述
X-射線晶體學(xué)是測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的主流方法。目前隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，利用X-射線晶體學(xué)方法測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)可達(dá)到一定的通量，結(jié)構(gòu)解析的方法也較為成熟，每年通過(guò)X-射線晶體學(xué)方法解析的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)也以1萬(wàn)左右的結(jié)構(gòu)數(shù)逐年增加（圖2），是最具有規(guī)?；⒐I(yè)化運(yùn)用的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)測(cè)定技術(shù)。成都先導(dǎo)的蛋白晶體學(xué)平臺(tái)是目前西南地區(qū)首家企業(yè)營(yíng)造的蛋白晶體學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)可提供高分辨率蛋白質(zhì)大分子結(jié)構(gòu)，用于表位鑒定、蛋白質(zhì)工程改造，以及基于結(jié)構(gòu)或基于片段的藥物發(fā)現(xiàn)等。該平臺(tái)可以提供針對(duì)需要解析的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析方法和分析過(guò)程的優(yōu)化，以大幅度提高解析結(jié)構(gòu)的速度和精度。
圖2. 通過(guò)X-射線晶體學(xué)解析的蛋白結(jié)構(gòu)逐年統(tǒng)計(jì)?
(取自http://www.rcsb.org/stats)
二、AI在結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的意義
毫無(wú)疑問(wèn), AI是對(duì)整個(gè)生物學(xué)的一場(chǎng)變革，且不僅僅局限在生物學(xué)領(lǐng)域，但它并不是結(jié)構(gòu)生物學(xué)的終點(diǎn)，而是可將其作為起點(diǎn)去做更多的延伸工作。AlphaFold 2主要是對(duì)三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，且CASP評(píng)估的也只是單結(jié)構(gòu)域的預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，對(duì)多結(jié)構(gòu)域的復(fù)雜構(gòu)型并沒(méi)有做評(píng)估。所以，AlphaFold 2接近于解決了單結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)問(wèn)題，且預(yù)測(cè)精度很高（總體得分中位數(shù)為92.4 GDT）。然而，AlphaFold 2尚不能對(duì)所有蛋白結(jié)構(gòu)做到精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，氨基酸側(cè)鏈的精確定位對(duì)其仍是一個(gè)挑戰(zhàn)，同時(shí)在沒(méi)有任何同源模型的部分，其預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)可能是一團(tuán)無(wú)序的“圈圈”（圖3）。目前，AlphaFold 2尚面臨一些暫無(wú)法突破的問(wèn)題 (https://alphafold.ebi.ac.uk/faq#faq-2)，比如，只能預(yù)測(cè)蛋白的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，未考慮蛋白結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化；無(wú)法預(yù)測(cè)天然無(wú)序/無(wú)結(jié)構(gòu)蛋白；在預(yù)測(cè)突變引起的結(jié)構(gòu)變化方面尚未得到驗(yàn)證；對(duì)于蛋白-蛋白相互作用（PPI），蛋白與小分子配體的結(jié)合，DNA/RNA，或者翻譯后修飾等非蛋白組份的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)都還沒(méi)有解決。因而，對(duì)結(jié)構(gòu)生物學(xué)來(lái)講，AlphaFold2 AI的成功可以幫助他們更快、更好地開(kāi)展研究工作，但卻無(wú)法替代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法：始于獲得高純度的蛋白，通過(guò)結(jié)晶或冷凍電鏡等實(shí)驗(yàn)方法去收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以此來(lái)解析蛋白的三維結(jié)構(gòu)——這依然是結(jié)構(gòu)生物學(xué)家獲得準(zhǔn)確精細(xì)三維結(jié)構(gòu)的主要方法。
圖3. AlphaFold2無(wú)同源模型的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)示例（AF-Q9UJQ4-F1）
三、成都先導(dǎo)蛋白質(zhì)晶體學(xué)服務(wù)概述
成都先導(dǎo)具有經(jīng)驗(yàn)豐富且精通X射線晶體學(xué)和分子模型制作的結(jié)構(gòu)生物學(xué)專家。其全資子公司Vernalis具有世界一流的基于結(jié)構(gòu)/分子片段三維結(jié)構(gòu)信息的藥物設(shè)計(jì)（SBDD/FBDD）的研發(fā)實(shí)力。通過(guò)將結(jié)構(gòu)生物學(xué)的實(shí)踐知識(shí)與其在SBDD/FBDD方面的能力相結(jié)合，使得成都先導(dǎo)的藥物化學(xué)和計(jì)算化學(xué)團(tuán)隊(duì)在整個(gè)藥物發(fā)現(xiàn)的進(jìn)程中能夠利用這些信息來(lái)優(yōu)化小分子的設(shè)計(jì)，從而快速、高效地產(chǎn)生候選化合物。
1. 蛋白質(zhì)制備服務(wù)
高品質(zhì)的蛋白質(zhì)是結(jié)構(gòu)生物學(xué)成功的關(guān)鍵，尤其對(duì)于X射線晶體學(xué)。成都先導(dǎo)蛋白科學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)于各類靶點(diǎn)蛋白的制備具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從基因設(shè)計(jì)、分子克隆、蛋白表達(dá)（包括各大主流的表達(dá)體系）、純化到表征，從而制備得到高品質(zhì)的蛋白，用于支持和加速后續(xù)研發(fā)，包括蛋白晶體學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)進(jìn)程中的其它關(guān)鍵步驟, 如：體外生物檢測(cè)開(kāi)發(fā)和基于DNA編碼化合物庫(kù)（DEL）篩選的苗頭化合物的發(fā)現(xiàn)。
圖4. 成都先導(dǎo)常用蛋白表達(dá)體系和儀器設(shè)備
表1. 成都先導(dǎo)蛋白質(zhì)制備周期
具有結(jié)晶 (衍射) 品質(zhì)的重組蛋白可以通過(guò)單一服務(wù)的方式或者與蛋白晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定相結(jié)合的服務(wù)方式從成都先導(dǎo)獲得。
2. 蛋白晶體學(xué)服務(wù)
成都先導(dǎo)也可提供包括初始結(jié)晶篩選、晶體優(yōu)化和即時(shí)檢測(cè)、數(shù)據(jù)收集、結(jié)構(gòu)解析等單一的標(biāo)準(zhǔn)蛋白晶體學(xué)服務(wù)。圖6為簡(jiǎn)要的蛋白晶體學(xué)服務(wù)流程。
圖5. 成都先導(dǎo)蛋白/先導(dǎo)化合物晶體樣品
圖6. 成都先導(dǎo)蛋白晶體學(xué)服務(wù)簡(jiǎn)要流程
四、成都先導(dǎo)蛋白質(zhì)晶體學(xué)服務(wù)優(yōu)勢(shì)
1.?涵蓋多種不同靶點(diǎn)蛋白類型
成都先導(dǎo)自產(chǎn)靶點(diǎn)蛋白涵蓋多種不同的靶點(diǎn)蛋白類型，其中包括各類激酶、受體、代謝酶、蛋白酶、聚合酶、磷酸酶、細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)錄因子、抗體蛋白等，以及適用于蛋白降解平臺(tái)的多種E3連接酶。交付的純化蛋白可以確保高純度、高均一性，并且可以通過(guò)各種生物物理、生物化學(xué)手段對(duì)其進(jìn)行活性驗(yàn)證。
圖7. 成都先導(dǎo)自產(chǎn)靶點(diǎn)蛋白概況
2. 高通量蛋白結(jié)晶、晶體觀察和室內(nèi)衍射裝置
成都先導(dǎo)具有開(kāi)展針對(duì)幾千種結(jié)晶條件進(jìn)行高通量篩選的自動(dòng)化設(shè)備，如結(jié)晶機(jī)器人(Mosquito LCP) 和自動(dòng)化晶體觀察站 (UVEX-PS256, JANsi)，分別用于初始結(jié)晶條件的篩選和晶體的評(píng)估（圖8）
圖8. 成都先導(dǎo)蛋白晶體學(xué)平臺(tái)之高通量結(jié)晶篩選、觀察、和優(yōu)化
此外，成都先導(dǎo)還配備了中國(guó)西南地區(qū)首臺(tái)可媲美二代同步輻射光源的布魯克液態(tài)金屬靶X-射線室內(nèi)衍射儀（Bruker D8 VENTURE MetalJet Photon III) 用于日常晶體的衍射實(shí)驗(yàn)或數(shù)據(jù)收集（圖9），很多情況下，分辨率可與同步輻射光源所獲分辨率匹配（圖10）。目前，成都先導(dǎo)的X-射線室內(nèi)衍射儀可全年對(duì)外開(kāi)放！
對(duì)于衍射較弱的晶體，我們通過(guò)定期在同步輻射光源線站（SSRF or Spring-8）的數(shù)據(jù)收集，以確保獲得足夠分辨率的衍射數(shù)據(jù)用于結(jié)構(gòu)確定。
圖9. 布魯克 D8 VENTURE X-射線室內(nèi)衍射儀
圖10. 成都先導(dǎo)室內(nèi)衍射現(xiàn)場(chǎng)收集的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)例
在過(guò)去的幾年，成都先導(dǎo)解析了幾十個(gè)靶蛋白及其與先導(dǎo)化合物的共晶結(jié)構(gòu)。從基因到結(jié)構(gòu)所需的平均周期為2-6個(gè)月，主要受制于靶蛋白的表達(dá)周期、表達(dá)水平、以及純化難度（表2）。全資子公司Vernalis 在此領(lǐng)域更是積累了二十余年的經(jīng)驗(yàn)，已獲得6000余個(gè)蛋白/配體的共晶結(jié)構(gòu)（圖11）。
表2. 成都先導(dǎo)蛋白質(zhì)晶體學(xué)案例分析
圖11. 成都先導(dǎo)（含Vernalis）蛋白晶體學(xué)平臺(tái)解析靶蛋白/配體共晶結(jié)構(gòu)示例
結(jié)語(yǔ)
成都先導(dǎo)結(jié)構(gòu)生物學(xué)（蛋白晶體學(xué)）平臺(tái)的建立可將SBDD/FBDD和計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)（CADD）, 以及藥物化學(xué)三者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，為先導(dǎo)化合物優(yōu)化提供確實(shí)可靠的結(jié)構(gòu)依據(jù)，對(duì)于新藥項(xiàng)目的早期研發(fā)起到有效的推動(dòng)作用。持續(xù)加強(qiáng)蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域的研發(fā)，尤其是建設(shè)高效的結(jié)構(gòu)測(cè)定平臺(tái)對(duì)創(chuàng)新藥行業(yè)的發(fā)展具有基礎(chǔ)性、前瞻性和戰(zhàn)略性的意義。成都先導(dǎo)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)生物學(xué)（晶體學(xué)）平臺(tái)的建立有助于加快將蛋白晶體學(xué)技術(shù)運(yùn)用到工業(yè)化藥物研發(fā)當(dāng)中，該服務(wù)體系的建立與不斷完善也將進(jìn)一步推動(dòng)西南地區(qū)乃至全國(guó)生物醫(yī)藥的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
如您想了解更多關(guān)于成都先導(dǎo)結(jié)構(gòu)生物學(xué)（蛋白晶體學(xué)）平臺(tái)能力，請(qǐng)瀏覽成都先導(dǎo)全新改版官方網(wǎng)站https://www.hitgen.com/
了解更多關(guān)于如何利用成都先導(dǎo)的卓越的結(jié)構(gòu)生物學(xué)（蛋白晶體學(xué)）等前沿技術(shù)以加速原創(chuàng)新藥研發(fā)及新藥項(xiàng)目合作相關(guān)事宜，請(qǐng)聯(lián)系：bd@hitgen.com
本文使用權(quán)歸布魯克（北京）科技有限公司所有，未經(jīng)授權(quán)請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載。如需轉(zhuǎn)載，請(qǐng)與工作人員聯(lián)系并注明出處。
