一种利用计算辅助设计开发结合细胞膜和制造技术

本发明专利技术公开了一种利用计算辅助设计开发结合细胞膜和

【技术实现步骤摘要】
一种利用计算辅助设计开发结合细胞膜和/或血清白蛋白脂质化类似物的方法和应用


[0001]本专利技术涉及基因工程
，特别涉及一种利用计算辅助设计开发结合细胞膜和
/
或血清白蛋白脂质化类似物的方法和应用
。

技术介绍

[0002]蛋白质的脂质化修饰将疏水性强的脂质分子共价的连接到蛋白质的特定位点，重塑蛋白质与膜
、
蛋白质与蛋白质之间的相互作用，从而极大的影响了蛋白质的结构
、
定位以及迁移
。
蛋白质的脂质化修饰包括半胱氨酸的异戊烯化
、
半胱氨酸的棕榈酰化
、N
端甘氨酸的豆蔻酰化以及丝氨酸和赖氨酸的脂肪酰化
。
生物体进化出数百个酶和调节因子参与了这些修饰正确的添加和去除，在膜相关的生物学过程中起到核心作用，包括细胞信号转导
、
细胞程序性死亡
、
细胞分泌
、
细胞免疫等
。
然而脂质化修饰的高度可变
、
可逆以及与其它翻译后修饰串扰的特点使解析脂质化修饰的生物学和生理学功能充满挑战
。
修饰位点的失活突变是脂质化修饰研究中常用的方法，通过这一方法已经证明脂质化修饰的重要作用，但是特定脂质化修饰的功能以及脂质化修饰的动态转化的功能等难以通过这种方法解析
。
[0003]随着化学生物学研究方法和思路的引入，使位点特异性的获得功能突变
(gain
‑
of<br/>‑
function)
成为解析脂质化修饰功能和重要性的全新策略
。
这一策略通过以下三个方法制备获得功能突变的脂质化蛋白质，从而在生物化学和生物学物理学层面上阐明脂质化修饰的功能：
1)
直接化学修饰，利用连接有马来酰胺等反应基团的脂质分子特异性的偶联到蛋白质的半胱氨酸残基上；
2)
脂质化修饰蛋白质的半合成，利用固相肽合成的方法合成带有脂质化修饰的肽段，再利用自然化学连接等方法连接到特定蛋白质上；
3)
遗传密码扩展偶联生物正交反应，利用遗传密码扩展的方法在特定位点引入正交反应基团，之后利用生物正交反应将脂质基团连接到蛋白上
。
[0004]脂质化修饰还是一类临床批准的药物翻译后修饰，广泛的应用在了多种临床最畅销的药物上，包括利拉鲁肽
、
索马鲁肽
、
德谷胰岛素以及替尔泊肽等
。
肽类或蛋白质类药物的脂质化修饰可以延长药物的半衰期
、
降低药物的免疫原性
、
提高药物的吸收效率
。
脂质化修饰后药物半衰期的提高主要因为脂质化修饰可以结合血清白蛋白，从而抵抗蛋白酶的降解以及借助于白蛋白重吸收的机制减少药物的肾清除
。
脂质化修饰肽类和蛋白质类药物的生产方式与研究脂质化修饰的获得功能突变的研究策略相同，可以通过以上三个方法完成
。
然而，位点的特异性以及药物的均一性是脂质化蛋白质类药物生成的瓶颈
。
方法1需要对蛋白质进行多个突变，使其只保留靶标位置的反应基团，而这些突变可能会影响蛋白质的功能
。
且由于脂质分子的高度疏水的特性，方法1和方法2都需要添加有机溶剂，从而导致修饰蛋白质的获取困难
。
方法3虽然可以一定程度上克服以上问题，但是由于生物正交性反应效率的问题，获取均一性脂质修饰蛋白质依然困难，且正交反应额外引入的基团也可能影响蛋白质的功能和效能
。
[0005]为了解决以上问题，急需开发一类脂质化修饰的类似物
。
这类脂质化修饰的类似
物需要满足以下要求：
1)
这类类似物具备强的疏水性，可以结合细胞膜；
2)
这类类似物还需要具备结合血清白蛋白的能力，引入到蛋白质药物上后，可以延缓药物的半衰期，改善药物的药代动力学；
3)
这类类似物可以通过遗传编码或体外偶联的方式位点特异性的引入到生物大分子中
。
然而，如何设计这类分子，如何评价这类分子，如何设计氨酰
‑
tRNA
合成酶的文库识别这类分子，从而通过遗传编码的方式引入还未有相应的报道
。
针对以上问题，以下提出一种解决方案
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术目的在于开发一个计算机辅助的筛选方法，利用这一方法设计和评估能够模拟蛋白质脂质化修饰且脂质化类似物，并利用遗传密码扩展的方法将虚拟筛选得到的遗传编码脂质化类似物位点特异性的引入到生物大分子上
。
同时利用这一系统延长生物大分子药物的半衰期，以位点特异性的获得功能突变
(gain
‑
of
‑
function)
方式研究蛋白质脂质修饰的功能，同时利用这一系统提高生物大分子的细胞递送效率
。
[0007]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0008]一：计算辅助设计脂质化类似物方法的建立
[0009]开发了一个计算机辅助的虚拟筛选方法，设计和筛选能够模拟蛋白质脂质化修饰的脂质化类似物，这一方法包括三个方面：
[0010]1)
评估设计脂质化类似物的疏水性；
[0011]2)
评估设计的脂质化类似物与血清白蛋白的亲和力；
[0012]3)
评估设计的脂质化类似物被正交的氨酰
‑
tRNA
合成酶识别的可能性
。
[0013]脂质化类似物的疏水性通过预测
cLogP
来评价，
cLogP
值越高，疏水性越强，与膜的结合也越强
。
脂质化类似物与血清白蛋白的亲和力通过二者结合的吉布斯自由能
(
Δ
G)
来衡量，
Δ
G
越小，二者亲和力越高
。
利用
AutoDocking Vina
将设计的脂质化类似物对接到血清白蛋白的的7个主要的脂肪酸结合位点，分析
docking
后合适的构象，得到此构象的吉布斯自由能
。
脂质化类似物被正交的氨酰
‑
tRNA
合成酶识别的可能性通过计算其与参照氨基酸之间的均方平根差
(RMSD)
衡量，
RMSD
的值越小，识别的可能性就越高
。
进一步通过计算已经识别的脂质化类似物和参考氨基酸之间的
RMSD
设定相应的阈值，进而评估识别的可能性
。
其中
RMSD
的计算是通过以下步骤完成的：
[0014]1)
将设计的脂质化类似物对接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一类可以结合细胞膜和
/
或血清白蛋白的脂质化类似物，其特征在于，其通式如下：若
R
为
H
时，
n
的范围为1‑8；当
R
基团是任意原子组成的具备芳香性的基团时，
n
的范围为1‑
4。2.
根据权利要求1所述的一类可以结合细胞膜和
/
或血清白蛋白的脂质化类似物，其特征在于，所述脂质化类似物为包含芳香环和线性脂肪链的双功能基团结构，所述脂质化类似物的结构特征如下：其中，
R1
为
H
，
n
的范围为1‑8，
R2
为任意化学偶联基团
。3.
根据权利要求2所述的一类可以结合细胞膜和
/
或血清白蛋白的脂质化类似物，其特征在于，所述脂质化类似物通过
R2
的化学偶联基团引入到生物大分子上
。4.
根据权利要求1所述的一类可以结合细胞膜和
/
或血清白蛋白的脂质化类似物，其特征在于，所述
R
为萘基
、
吲哚基
、
苯基
、
呋喃基
、
咪唑基
、
噻唑基
、
噻吩基
、
茚基
、
苯并噻吩基
、
苯并咪唑基
、
苯并呋喃基
、
苯并噻唑基
、
吡咯基
、
苯并吡咯基
、2,3
‑
二氢茚基
、
噁唑基
、
苯并噁唑基
、
吡啶基
、
嘧啶基中的一种或多种
。5.
一种利用计算辅助结合细胞膜和
/
或血清白蛋白的脂质化类似物的虚拟筛选方法，其特征在于，所述虚拟筛选的目标为多种苯丙氨酸类似物
、
色氨酸类似物
、
赖氨酸类似物和具备脂肪族侧链的非天然氨基酸，所述虚拟筛选包括以下方面：
(1)
评估设计的非天然氨基酸的疏水性；
(2)
评估设计的非天然氨基酸与血清白蛋白的亲和力；
(3)
评估设计的非天然氨基酸被正交的氨酰
‑
tRNA
合成酶识别的可能性
。6.
一种利用计算虚拟筛选所得的合成脂质化类似物的分子，其特征在于，包括以下分子：
7.
根据权利要求6所述的一种结合细胞膜和
/
或血清白蛋白的脂质化类似物的应用，其特征在于，所述脂质化类似物通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：林世贤，丁文龙，刘超，陈宇霖，
申请(专利权)人：浙江大学绍兴研究院，
类型：发明
国别省市：