赖氨酰tRNA合成酶（LysRS）抑制剂的高通量筛选和机理研究

Inhibitors of functional biomacromolecules such as enzymes are important source of molecular probes and antibiotics. Aminoacyl-tRNA synthetase (AARS) family is essential enzymes for all cellular life. In mammalian cells, AARSs are not only involved in protein translation but also play essential roles in multiple non-translational processes. Inhibitors targeting mammalian AARS could be developed into molecular probes for study the extensive functions of AARS. While those inhibitors targeting pathogenic AARS have good potential for further development of antibiotics. Therefore, study and development of AARS inhibitors is a new and promising direction in the chemical biology field..The aim of this project is to establish a new screening method of lysyl-tRNA synthetase (LysRS) inhibitor. And we will apply this method to perform a high-throughput drug screening and find candidate molecules. We will further validate and sort these candidates. The mammalian LysRS targeting molecules could be useful molecular probes for LysRS study; and the pathogenic LysRS specific inhibitor are promising leads for further development of antibiotic drugs.

重要功能生物大分子（比如酶分子）的抑制剂是分子探针以及抗生素药物研发的重要来源。氨酰tRNA合成酶（AARS）家族是所有细胞生命都具有且必不可少的蛋白质合成关键酶。AARS在哺乳动物细胞中不仅参与了蛋白质翻译过程还参与了很多关键的其他生物学过程。特异结合哺乳动物AARS的化合物或抑制剂可以作为研究这些重要功能的分子探针，而靶向病原生物AARS的抑制剂又具有开发成为新型抗生素的潜力。研究和开发AARS抑制剂是化学生物学领域一个新兴的具有广阔应用前景的研究方向。.该项目旨在建立一个筛选赖氨酰tRNA合成酶（LysRS）抑制剂的新方法，并应用此方法进行中高通量的抑制剂筛选，找到一些具有LysRS抑制活性的候选分子，并进行鉴定分类。其中能够同时抑制哺乳动物LysRS的分子可以优化成为研究LysRS的分子探针；而仅抑制低等病原生物LysRS的分子又可以作为进一步研发抗生素的良好前体。

氨酰tRNA合成酶是蛋白质合成途径的关键酶家族，在所有细胞生命中都必不可少。其中，恶性疟原虫赖氨酰tRNA合成酶（PfLysRS）已被证实是抗疟药物设计开发的有效靶标。本项目旨在建立高通量方法用于筛选PfLysRS的新型小分子抑制剂，并运用此方法发现具有新化合物骨架的抑制剂分子，为后续药物开发提供基础。.本项目中首先发现PfLysRS的热稳定性对于小分子抑制剂的结合十分敏感；然后通过对已知活性分子枝孢菌素的详细构效关系研究，得到了易于合成且活性良好的阳性对照化合物（该工作已发表在ACS Chemical Biology杂志）；最后成功建立了基于Thermal Shift方法筛选PfLysRS抑制剂的药物筛选模型。.应用上述方法，项目完成了对成药库、抑制剂库、生物活性化合物库等的小分子化合物筛选。我们经过筛选发现了一种新型PfLysRS抑制剂分子。该化合物可以和PfLysRS产生较强的结合，其复合物解离常数（KD）约为0.3μM。它对PfLysRS的体外酶学活性有较好的抑制效果，抑制中位值（IC50）约为0.6μM。并且能够显著地直接抑制红内期恶性疟原虫的生长。同时对哺乳动物体蛋白质翻译的抑制较弱，其IC50大于1 mM，因而具有较小的毒性。我们进一步开展了X-射线晶体学研究，解析了该候选药物小分子和PfLysRS的结合机理（该工作已发表在Nucleic Acids Research杂志）。目前正进一步开展化合物优化。.本项目在科学目标、论文发表和专利申请、以及学生培养等三个方面已全面完成了预期目标。.该工作建立了一个有效的筛选PfLysRS抑制剂的方法，为从头发现具有新骨架的氨酰tRNA合成酶抑制剂分子提供了重要条件。项目中已经发现的候选药物分子，一方面证实了该筛选方法的实践可行性，另一方面其自身也提供了新的可供后续药物开发的化合物骨架。因此，该项目的研究对靶向氨酰tRNA合成酶的抗生素开发具有促进意义。