生物信息学与组学
13篇
借助基因扰动数据,模型可零样本预测药物在未受试细胞类型中的转录响应
- GRAFT将基因扰动的响应信息迁移到化学扰动,并跨细胞背景推广,无需目标细胞中的药物数据即可预测药物诱导的表达变化。
- 在LINCS及外部基准上,其表现优于其他方法,对依赖细胞背景的药物优势尤其明显。
- 研究还构建了覆盖众多细胞背景和数千种药物的图谱;部分关联得到对接结果支持,iPSC供体间差异的候选结果也获得实测基因扰动响应的部分佐证。
从基因敲低迁移到药物,默默假定了化合物等同于靶点功能丧失,遇到脱靶或激动剂样效应时这一假定恐怕站不住。对接结果相符,对表达预测来说也只是较弱的验证。检验这份图谱较公平的办法,是留出一种细胞类型,用自己的化合物(最好含已知脱靶活性者)来测试。
Cross-modal transfer enables zero-shot prediction of drug responses across cell types ↗
空间转录组的区域表达特征比bulk RNA更能提升抗癌化合物的预测排序
- bulk RNA特征会抹平肿瘤内部差异，因此作者改用局部空间表达特征为化合物打分，重点关注异质性很强的三阴性乳腺癌。
- 他们在约1300个多样化合物上比较了bulk特征与空间特征，考察两者对已知抗癌药的排序能力。
- 空间特征对已知抗癌药的排序优于bulk特征，还提示了未分类及非肿瘤类化合物可能具有抗癌潜力；证据为计算层面，摘要未提及实验验证。
已知抗癌药排名靠前，只是单一癌种上的回顾性富集测试，并不能证明空间特征能找出新药。没有湿实验跟进，摘要也没交代数据泄漏和基线对比。最有意思的是非肿瘤类的命中，但要等其中几个真正被验证后，我才会下判断。
抑制血管壁cGAS-STING通路可减轻小鼠主动脉瘤
- 来自小鼠和人类动脉瘤组织的单细胞数据显示，cGAS-STING信号主要出现在内皮细胞中，且在已破裂病变中的表达高于稳定病变。
- 在血管紧张素II诱导的小鼠动脉瘤中该通路被激活；使用cGAS抑制剂或STING拮抗剂均可降低动脉瘤发生率、减轻组织损伤，并改善内皮线粒体形态。
- 患者动脉瘤样本中相关通路蛋白同样升高，DHFR缺失则被提示可能是连接DNA损伤与通路激活的环节。
两种抑制剂、一个小鼠模型，证据偏薄。血管紧张素II诱导的动脉瘤起病急、依赖高血压，难以模拟进展缓慢的人类AAA；RU.521对小鼠cGAS的活性也远高于人源cGAS。人体层面只有表达相关性，没有遗传学证据。下一步研究需要在动脉瘤形成后再给药、补充暴露量数据，并增加弹性蛋白酶等第二种模型。
CD74-ENO2轴驱动骨关节炎滑膜巨噬细胞糖酵解炎症，靶向siRNA纳米颗粒在小鼠中延缓病程
- 对小鼠和人类骨关节炎滑膜进行单细胞与空间转录组分析，发现在滑膜与软骨交界处扩增的、依赖糖酵解的促炎性CD74+巨噬细胞亚群。
- CD74与糖酵解酶ENO2结合，促进HIF-1α/β-catenin入核，形成代谢与炎症相互强化的自我放大程序。
- 在小鼠OA模型中，髓系细胞敲除CD74或药物阻断均可减轻滑膜炎和软骨损伤；以MIF模拟肽引导、装载CD74 siRNA的关节腔注射脂质纳米颗粒能到达这些巨噬细胞并延缓疾病进展。
光凭小鼠遗传学我不会下注。髓系敲除CD74是干净的靶点验证，但OA小鼠多为手术模型，比人类疾病更偏炎症。更难的是递送：带MIF模拟肽的LNP或许能找到CD74+巨噬细胞，但我想看到人体大小关节中的滑膜清除率、其他CD74+抗原呈递细胞的脱靶摄取，以及敲低能维持多久。
CRISPR筛选提示ACSL4是肥胖相关巨噬细胞炎症的开关
- 全基因组CRISPR-Cas9筛选结合人脂肪组织单细胞RNA测序,确定ACSL4是促炎性脂肪组织巨噬细胞活化的关键因子。
- 髓系特异性敲除Acsl4可降低炎症因子表达,保护小鼠免于高脂饮食诱导的肥胖,并增强脂解和产热,但糖耐量与胰岛素敏感性未见显著改善。
- 研究还对DrugBank中8685个化合物进行筛选,寻找靶向ACSL4的候选物。
用人类数据去交叉验证CRISPR命中,是搭建靶点依据的正确方式。问题出在表型:能防肥胖却对血糖和胰岛素毫无代谢获益,这不是代谢炎症靶点应有的样子。ACSL4还是铁死亡敏感性的核心,全身性抑制剂的安全性问题需要尽早回答。
机器学习划分PFAS肝脏危害等级,肝球体转录组数据提供佐证
- 基于高通量生物活性数据训练的XGBoost QSAR模型,将PFAS按肝脏相关危害分为四个等级。
- 对暴露于19种PFAS的人肝球体公开转录组数据分析发现,不同危害等级的应答模式存在差异。
- 脂质代谢紊乱和细胞应激是主要特征,FABP1、PLIN2和GDF15在各暴露组中均有响应。
QSAR分级会继承训练标签的缺陷,而高通量生物活性实验很难捕捉缓慢进展的肝损伤。PFAS在体内滞留极久,球体中的暴露浓度也可能与真实蓄积相差甚远,因此分级需要用实测组织暴露量和血清半衰期来核对。FABP1、PLIN2和GDF15作为读出指标看起来有前景,但应激类标志物的特异性向来不高。
针对SNP设计的等位基因特异性反义寡核苷酸，在3型脊髓小脑共济失调患者来源神经元中选择性降低突变ATXN3
- 对来自三个欧洲国家的SCA3患者进行纳米孔长读长测序，发现大量与ATXN3连锁的SNP，可归为与CAG扩增相关的三个单倍型区块。
- 模型提示，只需靶向不同区块中的两个SNP，就可能为大多数欧洲患者提供等位基因特异性治疗。
- 在17种针对SNP的ASO中，有数种对突变转录本的降低明显强于野生型，而野生型作为去泛素化酶具有保护作用。
- 在两株iPSC来源的皮质神经元中，单次给予ASO即可显著降低突变型ATXN3。
成败更取决于递送而非序列设计：两株iPSC皮质神经元中的单次给药选择性，并不能说明ASO能否抵达小脑、脑干和脊髓，且浓度还要低到不伤及野生型ATXN3，而等位基因区分度通常随剂量升高而下降。覆盖面也只是欧洲单倍型的结论，其他人群尚未验证，也没有体内安全性数据。
靶向cereblon隐蔽Cys287的共价配体将E3连接酶锁定在开放态,阻断IMiD驱动的降解
- 半胱氨酸导向的化学蛋白质组筛选发现了结合Cys287的共价配体,该变构口袋远离沙利度胺结合位点。
- 先导化合物VVD-105917可广泛阻断IMiD和CELMoD驱动的新底物降解。
- 冷冻电镜显示它将cereblon锁定在开放的无活性构象,且与配体加入顺序有关;同一位点此前报道的配体反而促进闭合,说明该口袋的作用方向可以反转。
迄今所有CRBN药物都结合同一个正构口袋,因此能控制开/闭开关的共价把手确实是新旋钮。泛抑制剂是解析降解剂机制、挽救脱靶降解的绝佳工具。一个能向两个方向推动的位点,也意味着同一口袋里可能藏着增强降解的配体。这是预印本,仍需等待同行评审。
Allosteric covalent inhibition of cereblon through cryptic cysteine targeting ↗
阿扎菲酮探针绘制活体细菌蛋白质组中的反应性赖氨酸图谱
- SCL-alkyne是由天然产物sclerotiorin简化而来的阿扎菲酮探针,用于在细菌中进行全蛋白质组赖氨酸反应性分析。
- 它在体外和活体大肠杆菌中均表现出高赖氨酸选择性,多数结合位点为赖氨酸或蛋白质N端,而位于功能区域的反应性赖氨酸只占少数。
- 富集分析指向细菌趋化作用为主要靶点通路,并随后得到验证。
共价配体发现一直以半胱氨酸为中心,除磺酰氟和活化酯之外的赖氨酸导向骨架很少,因此天然产物来源的选择颇具吸引力。少有反应性赖氨酸具有功能,这提醒我们反应性廉价而功能并不廉价。作为大肠杆菌上的预印本,它是共价片段的起点,而非先导化合物。
覆盖九种人DNA糖基化酶的小分子抑制剂公开筛选数据集
- 北欧联合团队为启动碱基切除修复的11种人DNA糖基化酶建立了高通量生化检测平台。
- 化学基因组学库针对其中检测质量足以判定命中的九种酶进行筛选,得到初筛和浓度-响应数据,并发现多个此前未报道的抑制剂。
- 全部数据、实验方案和元数据均公开。
糖基化酶在化学上长期被忽视,覆盖九种酶的带注释公开筛选,是命中发现团队可直接挖掘的起点材料。化学基因组学库带有靶点注释,有助于判断机制和选择性。核酸酶类筛选以假阳性著称,我会第一时间排查命中化合物的检测干扰和DNA结合剂假象。
A high-throughput screening dataset of small-molecule inhibitors across human DNA glycosylases ↗
光交联探针揭示TRIM24溴结构域的新型非组蛋白结合伙伴
- TRIM24是一种双模块表观遗传"读取"蛋白,其溴结构域可结合乙酰化组蛋白,是公认的癌症药物研发靶点,但其非组蛋白结合伙伴此前尚未被充分表征。
- 研究人员在溴结构域的乙酰化赖氨酸结合口袋内的L922位点,基因编码引入光交联氨基酸AzF和BzF,在保留组蛋白识别能力的同时,实现了紫外光触发的相互作用蛋白共价捕获。
- 定量蛋白质组学鉴定出AzF探针富集的NPM1和BzF探针富集的CDK9两种非组蛋白,此外MAP4、RAN和SND1也被列为候选相互作用蛋白。
- ChIP-seq分析显示,TRIM24、CDK9和NPM1在癌症相关基因的转录起始位点附近存在共定位,KEGG通路分析进一步将这些蛋白关联到多条信号通路。
- 该研究表明位点特异性光交联技术可将读取结构域的互作组分析扩展到组蛋白之外,为围绕TRIM24开展化学探针开发和靶点发现提供了新的候选方向。
"选择性溴结构域抑制剂"这个说法现在门槛更高了。NPM1和CDK9被发现也扎根在L922——任何TRIM24溴结构域探针或降解剂弹头都要占据的那个乙酰化赖氨酸口袋——这意味着选择性不能只针对其他BRD家族成员,还得考虑是否会连带干扰这些非组蛋白伙伴。以往的溴结构域药物发现基本都是围绕这个口袋做结构导向优化,追求组蛋白模拟式的效力;这项工作说明这个口袋的生物学远超组蛋白,意味着TRIM24化学探针在细胞表型上的效应可能来自扰动NPM1/CDK9,而不是单纯的组蛋白读取被阻断。这里没有化合物,只是一个交联工具,但它重塑了要对付的生物学背景。MAP4、SND1、RAN目前只是蛋白质组学列表里的"候选者",还没经过验证,构建SAR叙事之前我想先看co-IP、FP验证和剂量依赖的竞争实验。
反应性金属支架平台绘制全蛋白质组半胱氨酸图谱,发现PRMT1抑制剂
- 提出"反应性金属支架"(r-mS)这一新概念——一类带有氯乙酰胺亲电弹头的共价金属配合物,用于靶向全蛋白质组中可成药的半胱氨酸。
- 通过化学蛋白质组学方法,在HEK293T细胞裂解液中对一组聚焦的r-mS系列进行分析,在全蛋白质组范围内绘制出新的半胱氨酸结合图谱。
- 金属中心种类、芳环取代基与分子整体构型共同决定了半胱氨酸反应性及蛋白质组靶向选择性。
- 先导化合物r-mS-2结合甲基转移酶PRMT1的SAM结合结构域内一个功能相关的半胱氨酸,经完整蛋白质LC-MS验证。
- 该结合可功能性抑制PRMT1活性,将一个共价命中化合物直接与已验证靶点的功能调控联系起来。
- 该平台被定位为一种可推广的靶点发现工具,有助于下一代金属药物的理性化设计。
这次最让我信服的一点,是它精准打中了PRMT1 SAM结合口袋里的那个半胱氨酸——用完整蛋白LC-MS确认占位,而不是只看活性数据,这个验证标准是到位的。需要放慢脚步的地方是选择性:通过金属种类和芳环取代基来调节反应活性,是个有意思的手段,但这又给碘乙酰胺/氯乙酰胺类片段库本就要应对的变量清单上添了一项,而且裂解液筛选并不能告诉我细胞内脱靶半胱氨酸的实际负荷有多大。从化学角度看,这对我们大多数人来说都是真正陌生的领域——配体交换、氧化还原不稳定性、批次间重现性,都是有机弹头不会背负的负担。相比现有的半胱氨酸定向化学蛋白质组学平台,r-mS增加了一个有趣的第三调节轴,但还谈不上明显胜出。金属药物作为一个类别,相对有机小分子仍然背着同样的可及性税——值得关注,但还不到值得投入的时候。
AI引导发现靶向VAV1的分子胶水
- VAV1是一种造血系统特异性信号蛋白,是血液肿瘤和自身免疫疾病领域备受关注的治疗靶点。
- 研究人员通过高通量、无偏的全局蛋白质组学筛选,鉴定出可招募CRBN从而选择性降解VAV1的苯基戊二酰亚胺类降解剂化合物。
- 研究发现VAV1的C端SH3结构域(SH3-2)对三元复合物的形成至关重要,并在该区域发现了一种全新的"RT-loop"降解决定子,不同于其他CRBN分子胶所利用的"G-loop"降解决定子,该发现通过定点突变得到验证。
- 研究采用基于AI的蛋白质结构预测(蛋白质折叠)工作流程对三元复合物进行建模,支持了这一机制。
- 针对预测结构进行的自由能微扰(FEP)计算得出的协同性指标与实验降解效力相关,展示了一种可比传统经验筛选更快地对分子胶类似物进行排序和优化的计算策略。
这次真正的新闻不在分子本身,而在RT-loop降解决定子的发现。自IMiD时代以来,G-loop型CRBN新底物几乎是唯一的打法,所以VAV1的SH3-2结构域中出现一个结构上完全不同的降解决定子,意味着可降解蛋白质组被真正拓宽了,而不只是名单上多了一个靶点。苯基戊二酰亚胺这个化学骨架本身是很成熟的IMiD类CRBN配体化学,没什么新意——真正的创新在于靶点结合的生物学层面,而不是药物化学。VAV1造血系限定表达算是天然自带的组织选择性优势,很多降解剂项目求之不得。至于FEP/AI三元复合物这一套:协同性打分在一个系列里与实测效力相关,确实令人鼓舞,但终究只是一个数据集——在看到它能对盲测的新类似物做前瞻性排序之前,我还不敢把它放在经验性SAR之上。