研究方向

  1.   背景概述:蛋白质翻译后修饰在精准医疗中的地位 

2015130日,美国总统奥巴马推出“精确医学计划(Precision Medicine)”,在2016财年向该计划投入2.15亿美元,以推动个性化医疗的发展。2015421日,清华大学召开首届清华精准医学论坛,指出“精准医疗”的本质是通过基因组、蛋白质组等组学技术和医学前沿技术,对于大样本人群与特定疾病类型进行生物标记物的分析与鉴定、验证与应用,从而精确寻找到疾病的原因和治疗的靶点,并对一种疾病不同状态和过程进行精确分类,最终实现对于疾病和特定患者进行个性化精准治疗的目的,提高疾病诊治与预防的效益。由此可以看出,基因组学和蛋白质组学作为精准医疗的基础,将会是我国乃至世界重点发展的项目。

2003年人类基因组工作全部完成。2014年人类蛋白质组草图在自然杂志上发表。生命科学的发展令人欢欣鼓舞,人类进入后基因组后”蛋白质组时代。然而,揭示这两个基本的生命单元只是掀开了人类对自身了解的序幕。如何利用目前对基因组的认识,揭示其在人体内的功能,在个体发育、生长、衰老和死亡机理,细胞增殖、分化和凋亡机理,信息传递和作用机理,是科学界面临的下一个难题。因此,有人把后基因组时代称为功能基因组时代。同样的,“组成性蛋白质组学”的完成只是第一步,对比较性蛋白质组学蛋白质相互作用组学的研究,是最直接的揭示疾病发生、发展的手段,对于疾病的精确诊疗,和精准药物的研发,起到至关重要的作用。

蛋白质间的相互作用调节是通过蛋白质翻译后修饰(PTM)来实现的。对PTM的研究,是目前开发诸如癌症等疾病治疗药物的主要手段之一。目前所发现的蛋白质翻译后修饰已经超过40种,常见的翻译后修饰有磷酸化、泛素化、乙酰化和甲基化等。其中磷酸化是研究最成熟的翻译后修饰之一。近一半的磷酸激酶与癌症有关。紊乱的酪氨酸激酶活性,特别是受体酪氨酸激酶过度活跃,是很多癌症的特征。

影响肿瘤细胞内PTM水平的抑制剂研究,是精准医疗的重要部分,一直是癌症药物的研发热点。仅酪氨酸激酶抑制剂的研究,目前占所有制药公司研发投入的30%。目前有超过100种的小分子激酶抑制剂在临床试验阶段,超过25种被FDA批准用于癌症治疗。被FDA批准的去乙酰化酶抑制剂药物有两种,另外有超过20种处于临床阶段。在我的工作发表之前,由于缺乏有效的富集手段,甲基化位点的鉴定比较困难,甲基化抑制剂药物目前被FDA批准的只有两个,用于治疗骨髓增生异常综合症。 

2.   总体思路 

刘华东教授主要从事蛋白质翻译后修饰(PTM)方面的研究,PTM是目前最热门的新药靶点之一。刘华东教授将在本人已取得的PTM研究突破的基础上,致力于鉴定肿瘤细胞的PTM标志物,为癌症的精准诊疗提供依据。以PTM为靶标,建立PTM位点鉴定及转移酶活性评价体系,系统的用于癌症治疗的小分子药物的研发。主要开展以下几个方面的研究工作:

2.1 建立癌症相关的PTM位点鉴定体系,鉴定癌症相关PTM

2.2 鉴定癌症PTM标志物调节的蛋白质相互作用网络,理清其在癌症中的作用机理。

2.3 建立细胞内进行PTM酶活性评价体系。

2.4 研发PTM酶的小分子抑制剂药物。 

3.  研究方案 

3.1   53BP1参与调节的非组蛋白甲基化位点的鉴定 

相对于PTM位点的发现,PTM位点的功能更令人关心。在2013 Molecular Cell 文章中建立的研究方法,以识别结构域为节点,以蛋白质组学方法为手段研究功能性蛋白质翻译后修饰组。希望使用跟癌症细胞凋亡密切相关的53BP1的甲基化结合结构域(Tudor)来鉴定细胞中与癌症相关的赖氨酸甲基化位点。  

3.2   抗癌药物doxorubicin导致的DNA双链断裂修复时的动态蛋白质组网络 

Doxorubicin是辉瑞公司研发的抗癌小分子药物(阿霉素), 是一种广谱抗瘤药,适用于恶性淋巴瘤,乳腺癌,肺癌,卵巢癌,前列腺癌,胃癌,肝癌等等。其作用机理是通过抑制拓扑异构酶Ⅱ的活性,阻止DNA的重新连接,导致DNA的双链断裂。因为癌细胞分裂的快速,所以它对拓扑异构酶II的依赖性比健康的细胞高,导致癌细胞的程序凋亡。但是该药物很容易产生耐药性,这阻碍了它的广泛应用。我们希望能理清阿霉素产生的DNA双链断裂修复机制,为避免其抗药性的产生提供理论基础。 

3.3   MRM法和分子探针法快速检测肿瘤中的激酶活性 

确定癌症的PTM标志物可以为肿瘤的分类、精准诊断提供基础。进而,通过小分子药物,调控添加或去除该PTM的酶活性,是目前癌症精准治疗的主要手段之一。由于PTM研究的不平衡,除了磷酸化之外,其他PTM的转移酶研究还都处于起步阶段。刘华东教授希望能够先从酪氨酸激酶入手,从质谱和分子探针两个方面,构建激酶活性检测平台,用于激酶抑制剂的活性评价和筛选。在激酶活性检测平台成功建立的基础上,再拓展到其他PTM酶领域。

 3.4   基于激酶活性评价体系,研发组合药物,降低肿瘤抗药性