异戊酰螺旋霉素Ⅰ抗感染新靶点及其作用机制的研究
批准号:
82073900
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
赫卫清
依托单位:
学科分类:
抗感染药物药理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
赫卫清
中文摘要
可利霉素2019年批准为国家一类新药,它是利用生物技术研制的新型大环内酯类抗生素(MA),异戊酰螺旋霉素Ⅰ(ISPⅠ)是可利霉素的主组分之一。MA通常作用于细菌核糖体50S亚基,阻碍细菌蛋白质合成,起到抑菌作用。ISPⅠ在低浓度时对芽孢杆菌、链球菌等革兰氏阳性菌具有杀菌作用,而且对结核分枝杆菌的抑制活性明显优于螺旋霉素等MA。这提示ISPⅠ除了抑制核糖体之外还可能结合新的抗菌作用靶点。本项目以小肠芽孢杆菌、肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌为研究对象,分析出这些敏感菌中加入ISPⅠ后导致的组学变化,利用加入报告基团的ISPⅠ探针鉴定出抗菌作用的新靶点;并通过活性检测、免疫沉淀、SPR检测、基因阻断等方法进一步证实ISPⅠ与靶蛋白之间的相互作用;分别解析ISPⅠ与细菌核糖体、关键靶蛋白结合的三维结构,阐明ISPⅠ抗菌活性增强的新机制,为ISPⅠ的化学结构优化与新药研发提供有益指导。
英文摘要
Carrimycin was the first class new drugs approved in 2019. It is an innovative macrolide antibiotic (MA) produced by biotechnology. Isovalerylspiramycin Ⅰ (ISPⅠ) is one of the main components of carrimycin. MA act as antibiotics by binding to bacterial 50S ribosomal subunit and interfering with protein synthesis, and usually play a bacteriostatic role. However, ISPⅠ has a bactericidal effect on many Gram-positive bacteria such as Bacillus and Streptococcus at low concentrations, and its inhibitory activity against Mycobacterium tuberculosis is more potent than that of spiramycin and other MAs. These results indicated that ISPⅠ may bind to new antibacterial targets in addition to inhibiting ribosomes. This project takes Bacillus intestinalis, Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus and Micrococcus luteus as the subjects, analyzes the transcriptomics and proteomics changes caused by the addition of ISPⅠ to these sensitive bacteria, and uses the ISPⅠ probe with reporter group to identify the new antibacterial targets of ISPⅠ. The interactions between ISPⅠ and the target proteins were further confirmed by methods such as biological assay, immunoprecipitation, SPR detection and genes blocking. The determination the three-dimensional structure of ISPⅠseparate binding to bacterial ribosome and key target proteins may help to elucidate the new mechanism of enhancing the antibacterial activity of ISPⅠ. These results will provide the valuable information for the chemical structure optimization of ISPⅠand new drug development.
可利霉素是一种多组分的大环内酯类抗生素,于2019年获批为国家一类新药,在临床试验中发现其有杀菌活性,但阐明可利霉素的抗菌新靶点难度较大。异戊酰螺旋霉素Ⅰ(ISPⅠ)是可利霉素的主组分之一,本课题通过研究ISPⅠ的抗菌新靶点及作用机制来初步揭示可利霉素的杀菌作用机制。首先确证ISPⅠ对小肠芽孢杆菌、肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌也具有杀菌活性;并证实ISPⅠ、螺旋霉素Ⅰ(SPⅠ)与两种芽孢杆菌核糖体的结合能力相似,说明ISPⅠ的抗菌活性优于SPⅠ并不是因为与核糖体的结合能力更强所致,应该存在其它抗菌靶点。利用生物素标记的ISPⅠ和SPⅠ探针筛查5种敏感菌中的靶蛋白,发现ISPⅠ探针结合的靶点主要是核糖体蛋白以及转录和翻译相关的蛋白,其它靶点是清除活性氧(ROS)的相关酶和细胞壁合成相关蛋白。通过对比ISPⅠ和SPⅠ加入小肠芽孢杆菌后的组学变化,鉴定出ISPⅠ会显著影响7种消除ROS相关基因(trxA、perR、katA、sodA、tpx、ahpc和spx)的转录和翻译。通过表面等离子共振技术确证ISPⅠ与7种靶蛋白之间的相互作用发现只有SodA、Spx与ISPⅠ有强结合作用,其中Spx调控SodA基因的表达。通过SOD酶活检测发现ISPⅠ能明显抑制SodA的活性,而SPⅠ的抑制能力很弱。通过AlphaFold2模拟ISPⅠ与SodA、Spx相互结合的三维结构,ISPⅠ与SodA对接的结合能ΔG为-7.4 kcal/mol,ISPⅠ与Spx对接的结合能ΔG为-6.8 kcal/mol,确证ISPⅠ与SodA、Spx具有较强的结合作用。在三维结构中ISPⅠ的异戊酰基侧链与SodA和Spx存在重要的氢键、疏水相互作用等,因此可以解释ISPⅠ比SPⅠ抗菌活性增强的原因。本项目证实ISPⅠ除了抑制细菌核糖体之外,还能结合清除ROS相关的SodA和Spx的活性,使细菌中的ROS浓度升高而威胁细菌的生存。另外利用ISPⅠ生物素探针在肝细胞中鉴定出抗肝纤维化靶点非炎症分子1(VNN1)和组成铁硫簇的亚基NUBP2,其作用机制主要是ISPⅠ可增加血管VNN1在蛋白膜上的表达而升高细胞中的半胱胺水平,从而减少过氧化氢诱导的氧化应激来发挥抗肝纤维化作用。本项目中鉴定出ISPⅠ在细菌和细胞中的新靶点可作为靶标进行抗菌和抗肝纤维化药物的筛选,推进ISPⅠ单组分作为新型抗感染药物的研发。
利用组合生物合成与体外酶催化的方法对必特螺旋霉素进行糖基化改造
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批准号:81773617
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.0万元
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批准年份:2017
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负责人:赫卫清
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依托单位:
4″-异戊酰螺旋霉素I生物合成调控系统及其基因工程改造的研究
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批准号:81172972
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:赫卫清
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依托单位:
国内基金
海外基金