Nature Communications 上报道的一种实验性药物表明，治疗目前无法治愈的由无义突变引起的囊性纤维化疾病的“路径显然是可以实现的”。这包括大约 11% 的囊性纤维化患者，以及患有其他遗传疾病的患者，包括杜氏肌营养不良症、β-地中海贫血和多种类型的癌症，这些疾病也是由无义突变引起的。

该药物是一种具有新作用机制的小分子，David Bedwell 博士和 Steven Rowe 医学博士、MSPH 共同资深作者说。Bedwell 是阿拉巴马大学伯明翰分校生物化学和分子遗传学系教授和主席，Rowe 是 UAB 医学系教授。

要了解无义突变如何导致疾病——以及实验药物如何抑制突变——需要仔细研究在细胞内制造蛋白质的生物机制。

甲蛋白是数百个氨基酸组成的链，其然后折叠到其适当的形状，并移动到执行其功能的适当的位置。这条链是由核糖体一环接一环地形成的，核糖体读取信使 RNA 上携带的蛋白质的序列。该序列指示将 20 种不同氨基酸中的哪一种添加到每个链接上，一个接一个。

在疾病囊性纤维化中，突变会影响在肺细胞表面起作用的蛋白质 CFTR，以调节流向粘液的水流。CFTR 出现故障或缺失会产生非常粘稠的粘液，从而导致肺部感染。改变信使 RNA 上的一个核苷酸碱基的基因突变可能会导致错误的氨基酸被放置在蛋白质链中，从而改变其功能。Bedwell 和 Rowe 研究的无意义的过早终止密码子导致了一个不同的问题——突变迫使核糖体在中途停止蛋白质合成，产生不完整的蛋白质。它还导致无义介导的 mRNA 衰减。

因此，Bedwell、Rowe 及其同事希望找到小分子化合物，使核糖体跳过无意义的过早停止突变，允许核糖体继续完全合成蛋白质。他们希望找到具有新机制且功能优于现有药物的通读药物，例如氨基糖苷类抗生素，这些药物疗效较差。

研究人员使用携带来自深海虾的修饰基因的大鼠细胞来测试数十万种化合物。该基因编码 NanoLuc 荧光素酶，但进行了修饰以在中间基因中放置一个提前终止密码子。导致核糖体读取过早停止的小分子会产生完整的荧光素酶，使细胞发出明亮的光。

这个报告基因让 Southern Research 的一个团队能够使用高通量筛选测试 771,345 种化合物。在显示通读活性的 180 种化合物中，小分子 SRI-37240 的活性最高。

研究人员发现，如在大鼠细胞培养物中测试的那样，SRI-37240 恢复了具有过早终止密码子突变的人类 CFTR 基因的功能。它显着增加了 CFTR 蛋白的量，并略微增加了 CFTR 信使 RNA 的量。已知一种名为 G418 的氨基糖苷有助于读取过早的密码子突变，研究人员发现 SRI-37240 和 G418 协同作用以恢复 CFTR 功能。

他们发现 SRI-37240 在信使 RNA 的终止密码子处诱导延长暂停，并在过早终止密码子处抑制蛋白质合成的终止，而不会刺激在信使 RNA 的末端蛋白质编码序列中发现的正常终止密码子处的通读。

药物化学家合成了 SRI-37240 的 40 种衍生物，其中一种 SRI-41315 更有效，并显示出更好的理化特性。在具有 NanoLuc 报告基因的人类细胞系中，SRI-41315 显示出比 SRI-37240 更高的通读效率，并且 SRI-41315 与 G418 协同作用。

核糖体复合物包括核糖体蛋白和其他蛋白质，它们起终止因子、翻译因子和无义介导的 mRNA 衰减因子的作用。研究人员观察了其中七种蛋白质的丰度，发现 SRI-41315 通过蛋白酶体降解依赖性途径显着减少了称为 eRF1 的单个终止因子。这种新机制以前从未在药理剂中看到过。

为了预测囊性纤维化的临床疗效，研究人员测试了具有内源性 CFTR 过早终止密码子的原代人支气管上皮细胞。SRI-37240 和 SRI-41315 都没有单独增加 CFTR 功能，但 SRI-41315 与 G418 一起显示功能显着增加。

Bedwell 和 Rowe 说，这是进步，但仍然存在障碍。不幸的是，这两种化合物对由上皮钠通道介导的离子电导产生有害影响，这限制了它们目前作为囊性纤维化治疗方法的发展。氨基糖苷类已知的通读效果也很有限，因为这些抗生素不能恢复 CFTR 的治疗水平，而且它们也必须静脉注射，并且可能有毒。

Bedwell 和 Rowe 说，越来越有可能需要具有不同作用机制的多种不同药物来传递具有临床影响的反应。他们得出结论：“虽然需要进一步的药物化学来确定能够最大程度地影响 CFTR 功能而没有不良脱靶效应的通读化合物，但此处提供的结果表明这条路径显然是可以实现的。”

该研究的共同第一作者是“一种通过 eRF1 耗尽诱导 CFTR无义突变的翻译阅读的小分子”，是 UAB 医学系的 Jyoti Sharma 和 UAB 生物化学和分子遗传学系的 Ming Du。

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标签： 囊性纤维化病例