馬爾文帕納科為藥物篩選按下快進(jìn)鍵！

Bromodomains 溴結(jié)構(gòu)域是進(jìn)化上保守的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用模塊，可識(shí)別組蛋白乙酰化賴(lài)氨酸。溴結(jié)構(gòu)域和 PHD 指蛋白 1 (BRPF1) 是單核細(xì)胞白血病鋅指 (MOZ) 組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶的亞基。它通過(guò)多個(gè)表觀遺傳閱讀器結(jié)構(gòu)域調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，包括*的雙 PHD 和鋅指組裝、溴結(jié)構(gòu)域和 C 末端 PWWP 結(jié)構(gòu)域（如圖 1所示）。

BRPF1 被認(rèn)為是肝細(xì)胞癌^[1]和急性髓細(xì)胞白血病^[2]的治療靶點(diǎn)，目前這種侵襲性癌癥的成人 5 年生存率不到 30%^[3]。

圖 1. MOZ/MORF 組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物介導(dǎo) H3K9、H3K14 和 H3K23 乙酰化以激活基因。BRPF1 包含兩個(gè)植物同源域 (PHD) 手指的乙酰閱讀器結(jié)構(gòu)域，它們由一個(gè)鋅指節(jié) (PZP 結(jié)構(gòu)域)、一個(gè)溴結(jié)構(gòu)域和一個(gè)脯氨酸-色氨酸-色氨酸-脯氨酸 (PWWP) 結(jié)構(gòu)域隔開(kāi)。

近年來(lái)報(bào)道了一系列 BRPF1 抑制劑，包括 GSK6853^[4]和 NI-57 ^[5]（圖 2）。高通量片段對(duì)接 ^[6] 和基于配體的篩選 ^[7] 也被用于鑒定其他化學(xué)型 ，并在 X 射線結(jié)構(gòu)的輔助下對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化（圖 2）。但是目前尚未有選擇性的 BRPF1 抑制劑進(jìn)入臨床研究，所以能抑制這一靶點(diǎn)的新化學(xué)型仍是研究熱點(diǎn)。

圖 2. 左：選擇性 BRPF1 抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)。右圖：BRPF1與片段分子結(jié)合的 X 射線結(jié)構(gòu) (pdb = 5EQ1)。BRPF1 以綠色帶狀表示，其表面由位于?；Y(jié)合域的殘基側(cè)鏈構(gòu)成碳原子為綠色，氧原子為紅色，氮原子為藍(lán)色。片段分子以棒狀表示。

據(jù)新文獻(xiàn)估計(jì)，化學(xué)宇宙已經(jīng)由多達(dá) 11 個(gè)重原子、1420 萬(wàn)個(gè)化合物增長(zhǎng)到了多達(dá) 17 個(gè)重原子、超過(guò) 1660 億個(gè)化合物^[8]。這種指數(shù)增長(zhǎng)體現(xiàn)了片段分子大小的增加對(duì)化學(xué)領(lǐng)域的影響，而片段庫(kù)的過(guò)分龐雜并不利于基于片段的藥物設(shè)計(jì) (FBDD) （圖 3）。伴隨著FBDD的發(fā)展，涌現(xiàn)出了多種生物物理技術(shù)能夠檢測(cè)到片段分子與靶點(diǎn)之間微弱的結(jié)合。因此，一個(gè)有效的篩選活動(dòng)應(yīng)能在篩選化合物時(shí)，可以最大限度的在生物物理技術(shù)可以檢測(cè)到的極限范圍內(nèi)進(jìn)行采樣，即片段分子的生物物理“甜蜜點(diǎn)”（圖 3）。

圖 3. 化學(xué)宇宙的演變（橙色）、找到篩選命中的機(jī)會(huì)（灰色）和典型的親和力（藍(lán)色）與重原子數(shù)量的關(guān)系。雖然典型的商業(yè)片段庫(kù)（紫色）傾向于集合較大的化合物，但通過(guò)高靈敏的生物物理技術(shù)，在生物物理“甜蜜點(diǎn)”（綠色）范圍內(nèi)，可以對(duì)更小的片段分子進(jìn)行更有效的篩選。

圖 4. 片段庫(kù)構(gòu)建流程：從 55,000 個(gè) CLS 化合物集合到最終 1,133 個(gè)選定片段。該過(guò)程包括一個(gè)生物物理 MPO 對(duì)匹配生物物理“甜蜜點(diǎn)”的片段進(jìn)行分類(lèi)，以最大限度地提高多樣性，并基于溶解度和純度對(duì)化合物質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格過(guò)濾和篩選。

圖 5.（A）CLS化合物庫(kù)的主要成分分析。散點(diǎn)之間間隔越遠(yuǎn)，相應(yīng)片段的結(jié)構(gòu)越多樣化（顏色對(duì)應(yīng)于簇 #），（B）慣性矩陣圖表示 CLS 片段分子的桿狀、片狀和球形形狀（顏色對(duì)應(yīng)于簇 #），（C ) 結(jié)構(gòu)多樣性由在不同 Tanimoto 指數(shù)下屬于 1 到 5 個(gè)簇的化合物數(shù)量表示，(D) 1,133 個(gè) CLS 片段的每個(gè)主要chemical handles的百分比。

在過(guò)去 20 年的 FBDD 研究中，已報(bào)告的片段命中 ^[9] 和商業(yè)片段集合的物理化學(xué)特征之間出現(xiàn)了明顯的二分法，這通常由 3 規(guī)則 (Ro3) ^[10] （圖 6） 支持 。

通過(guò)瞄準(zhǔn)生物物理“甜蜜點(diǎn)”，CLS 生物物理片段集合（圖 6）不僅可以有效地對(duì)可用的化合物庫(kù)進(jìn)行采樣，而且還顯示了與報(bào)告的片段命中非常匹配的物理化學(xué)特征。

圖 6. Giordanetto 等人報(bào)道的 486 個(gè)片段命中的物理化學(xué)特征^[9]（綠色）、典型的商業(yè)片段集合（橙色，從 11 家供應(yīng)商的 120,000 多個(gè)片段中收集）和Concept Life Sciences構(gòu)建的生物物理片段集合（藍(lán)色）。

圖 7. SPR 和 GCI 篩選工作流程。GCI 技術(shù)使用Creoptix WAVE delta 系統(tǒng)（圖片），該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且省時(shí)的片段篩選。

圖 8. 傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)檢測(cè)與 waveRAPID® 比較。在典型的配體結(jié)合分析中（左），分析物以增加的濃度加入，每次注入的持續(xù)時(shí)間一致。在waveRAPID ®分析中（右），該系列由一個(gè)循環(huán)組成，其中只有一個(gè)被解離部分中斷的結(jié)合階段和一個(gè)最終解離階段。模型擬合用解離階段來(lái)完成。

1. 基于動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)擬合、R_max 和 K_D 的命中選擇

2. 使用 2 個(gè)傳感器芯片、1100 個(gè)移液器吸頭、4 個(gè)樣品板和 2.1L 緩沖液，運(yùn)行時(shí)間為 54 小時(shí)，可提供完整的動(dòng)力學(xué)信息。

圖 9：waveRAPID® 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(A) 在基于GCI技術(shù)的 WAVE delta  4 個(gè)不同通道上設(shè)置的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。(B) 使用 WAVE control工作站 的 Direct Kinetics 引擎（黑色）將waveRAPID® 傳感圖（紅色）擬合到一對(duì)一綁定模型的示例，并提供 R_max、k_a（結(jié)合速率）、k_d（解離速率）和 K_D（ 解離平衡常數(shù)）。(C) 生成的 waveRAPID® 速率圖，顯示每個(gè)片段結(jié)合劑的 k_d vs k_a（顏色為 k_d ）。產(chǎn)生的 K_D 范圍用虛線突出顯示。