光控CRAC通道研究成果
山東大學藥學院李敏勇教授團隊與美國德州農工大學、北京師范大學的研究團隊合作在Journal of the American Chemical Society(J. Am. Chem. Soc.April 24. 2020 doi:10.1021/jacs.0c02949)上發表了光控CRAC通道抑制劑的研究成果,該光控抑制劑成功用于治療斑馬魚模型上的Stormorken綜合癥。鈣釋放激活鈣通道(CRAC通道)在所有的興奮性和非興奮性細胞中廣泛存在,與一系列重要的生理功能密切相關。構成CRAC通道的STIM和ORAI蛋白介導鈣池操縱鈣內流(SOCE)產生鈣信號。SOCE是由內質網(ER)內腔內Ca2+儲存耗竭和STIM1 ER-管腔結構域多聚化引發。激活的STIM1分子積聚在ER-PM連接處,結合并激活細胞膜上的門控ORAI1通道,引發鈣內流。異常的STIM-ORAI信號與多種人類疾病相關,包括免疫缺陷、自身免疫炎性疾病、心臟肥大、癌癥轉移和Stormorken綜合癥。研究表明,Stormorken綜合癥是由ORAI1或STIM1(例如R304W)中的獲得性突變引起的,導致部分Ca2+進入細胞。因此CRAC通道作為一種很有前途的治療靶點受到了廣泛關注。光藥理學方法利用可光切換的分子在時空上精確控制生物活性靶點,如離子通道、受體、酶和核酸。為了更精確地控制CRAC通道的活性,李敏勇教授團隊開發了一系列光控CRAC通道抑制劑,以良好的時空分辨率控制Ca2+信號,從而對與CRAC通道過度激活相關的疾病進行光藥理調節。該團隊基于N-芳基苯甲酰胺類CRAC通道抑制劑(GSK系列化合物和Synta 66)開發了一系列可光切換的CRAC通道調節劑。在這些化合物中引入偶氮基得到piCRACs,實現反式和順式構型之間的快速和可逆光轉化,從而使piCRACs對CRAC通道顯示出相反的抑制作用。經過一系列的實驗發現piCRAC-1光熱穩定好、良好的光化學性質、高時空精度、能夠高選擇地光誘導CRAC通道開關。首先該團隊通過UV-Vis、HPLC和NMR方法探討piCRAC-1的光化學性質,對紫外吸收光譜、紫外以及藍光照射下的trans-cis轉換率、光熱穩定性以及光敏特性進行測定,通過對CRAC通道和下游Ca2+響應轉錄因子(NAFT核內轉運)的光依賴抑制作用考察piCRAC-1的生物活性。研究發現trans-piCRAC-1在50 μM以下對SOCE幾乎沒有抑制,然而cis-piCRAC-1對SOCE有明顯的抑制作用(IC50=0.5 μM)。同時,cis-piCRAC-1對CRAC通道電流抑制高達80%,而trans沒有抑制。同樣紫外光照下TG誘導的NFAT核內轉運被piCRAC-1顯著抑制。piCRAC-1作為無創光學工具可以用于治療CRAC通道相關的Stormorken綜合征。在斑馬魚出血實驗中,piCRAC-1在紫外光下能夠拯救血小板減少癥(78.9%),抑制出血,藍光、無光下僅有輕微的拯救效果。該研究成果顯示piCRAC-1以高時空精度對細胞內CRAC通道和依賴Ca2+信號的生理過程進行光誘導調節。PiCRAC-1可以作為潛在治療劑用于光控調節與鈣信號失調相關的病理過程,例如由CRAC通道過度激活引起的Stormorken綜合征。該研究成果有助于Ca2+通道的結構-功能關系的研究,而且在研究無數Ca2+調節信號過程和與Ca2+動態平衡相關的人類疾病方面具有潛在應用價值。李敏勇教授團隊博士研究生楊興業、周育斌教授團隊博士研究生馬國林、王友軍教授團隊博士研究生鄭思思為該論文的共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金、山東大學杰出中青年學者、山東省泰山學者、山東省自然科學基金等項目的資助。文章鏈接:https://doi.org/10.1021/jacs.0c02949
山東大學
2021-04-11