基于FGF21結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)及配體與受體的相互作用研究.pdf

1、糖尿病的死亡率僅次于心腦血管疾病和癌癥，目前全球糖尿病患者高達(dá)到4億人，而中國的糖尿病患者已經(jīng)超過1億人，成為名副其實(shí)糖尿病大國。如果能開發(fā)一種像胰島素一樣的內(nèi)源蛋白來治療糖尿病，將會(huì)給糖尿病患者帶來福音。成纖維細(xì)胞生長因子21(FGF21)是近幾年新發(fā)現(xiàn)的一種具有治療糖尿病潛力的蛋白質(zhì)，可以促進(jìn)脂肪細(xì)胞吸收葡萄糖，改善胰島β細(xì)胞功能和胰島素抵抗，擁有比胰島素更持久的降血糖效果，沒有低血糖和癌癥誘導(dǎo)的風(fēng)險(xiǎn)。但是在臨床應(yīng)用上存在血清穩(wěn)定性

2、低，半衰期短的限制。因此本論文針對(duì)FGF21的結(jié)構(gòu)和藥物設(shè)計(jì)展開研究。
　　我們利用核磁共振方法解析了FGF21核心區(qū)(FGF21core)的高分辨溶液核磁結(jié)構(gòu)。研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21的β2-β3區(qū)域具有第二種不穩(wěn)定的構(gòu)象，這種松散構(gòu)象是造成FGF21不穩(wěn)定性的主要原因?；诟叻直嫒芤汉舜沤Y(jié)構(gòu)，我們?cè)讦?和β3上設(shè)計(jì)了一對(duì)二硫鍵，成功地將構(gòu)象穩(wěn)定在β折疊構(gòu)象。核磁共振化學(xué)位移擾動(dòng)分析表明，β2和β3二硫鍵的形成，影響了β1-β2之

3、間的loop的構(gòu)象，進(jìn)而影響FGF21的活性。因此我們將擁有7個(gè)殘基的loop替換成FGF19的8個(gè)殘基，并通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了FGF21突變體(FGF21-LG)的功能。我們發(fā)現(xiàn)FGF21-LG在低濃度時(shí)具有比野生型更顯著的降血糖效果，并且擁有更長的血清半衰期。CD實(shí)驗(yàn)也證明了FGF21-LG的熱穩(wěn)定性顯著好于野生型。這些優(yōu)點(diǎn)為它成為治療糖尿病藥物奠定了基礎(chǔ)。
　　此外，我們對(duì)FGF21與β-Klotho蛋白（KLB）和

4、成纖維細(xì)胞生長因子受體1c(FGFR1c)相互作用機(jī)制進(jìn)行了研究，我們通過昆蟲表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)出KLB和FGFR1c的胞外區(qū)，并利用MST測(cè)得了FGF21與KLB的平衡解離常數(shù)Kd約為15.6 nM，KLB和FGFR1c Kd約為110nM，但是FGF21與FGFR1c的結(jié)合太弱無法獲得相應(yīng)的結(jié)合常數(shù)。我們還將全長的FGFR1c組裝在一種新的類生物膜nanodisc體系，并通過酶活實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了組裝的FGFR1c具有良好的生物活性，為后續(xù)的跨膜

5、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制研究奠定了基礎(chǔ)。
　　本論文中的另一方面的研究內(nèi)容是關(guān)于趨磁細(xì)菌AMB-1蛋白Mms6識(shí)別晶面機(jī)制的研究。Mms6蛋白在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外，可以調(diào)控磁性納米顆粒的形成，我們通過NMR滴定實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Mms6在滴定磁小體(Fe3O4)時(shí)其C端的DEEVE區(qū)域發(fā)生構(gòu)象變化，同時(shí)其N端疏水區(qū)域的聚集對(duì)于C端的功能起到了很重要的作用。這項(xiàng)研究闡明了Mms6識(shí)別晶面的分子機(jī)理，同時(shí)為在其它生物礦化體系中研究蛋白識(shí)別無機(jī)物晶體提供了理論指