技術名稱 以核殼蛋白非典型交界面為標靶開發抗冠狀病毒藥物
計畫單位 國立中興大學
計畫主持人 侯明宏
技術簡介
透過穩定蛋白質交界面交互作用力(protein−protein interaction, PPI)被認為是一具有潛力的藥物開發策略,可應用於治療病毒感染或癌症的疾病上。此類藥物會以直接或間接的方式來穩定蛋白質交界面的作用力,進而改變其蛋白質的寡聚平衡,藉此調節蛋白質自然的生理功能。一般而言,適合藥物靶點的蛋白質交界面會在生理條件下自然形成,而非典型的蛋白質交界面則會在一些特殊環境下產生。雖然有一些藥物都是在確認其效果之後才發現其具有穩定非典型蛋白質交界面的機制。目前為止,尚無直接以非典型蛋白質交界面作為藥物開發策略的成功案例。
冠狀病毒屬於人畜共通之RNA病毒,而近年冠狀病毒造成數次的流行大爆發,對人類社會的健康與經濟造成重大的影響。至今,世界各國正致力開發對抗肆虐全球的COVID-19的疫苗與治療藥物。開發抗病毒藥物可針對在病毒生命週期中具有重要功能性的蛋白為目標。其中核殼蛋白為病毒中之一結構蛋白,具有頭端(N端)和尾端(C端)的結構域。核殼蛋白的N端可結合病毒遺傳物質RNA,同時搭配其C端的聚合功能,形成RNA蛋白複合體,在病毒的複製過程扮演重要的角色。
本團隊選定核殼蛋白的N端保守區域,並利用非典型蛋白質交界面建立一套具有潛力的抗冠狀病毒藥物開發策略。透過此策略結合大數據虛擬藥物資料庫,篩選出一小分子藥物P3能穩定核殼蛋白N 端保守區域上的非典型蛋白質交界面,誘發核殼蛋白質間不正常的聚集,以致其喪失保護病毒遺傳物質的功能。而從晶體結構中發現,P3鍵結於兩個核殼蛋白頭端所構成二聚體交界面上的疏水性孔洞,進而增加二聚體交界面整體疏水性作用力,透過P3穩定核殼蛋白的N端異常寡聚合,最終導致整個核殼蛋白與病毒RNA嚴重的不正常聚集與纏繞,降低病毒複製效率,藉此達到抑制病毒之目的。另外,也透過細胞實驗發現P3能抑制不同物種之冠狀病毒,包括新冠肺炎(COVID-19)、中東呼吸道症狀病毒 (MERS-CoV)、小鼠肝炎病毒 (MHV)、以及豬流行性下痢病毒 (PEDV),可見以冠狀病毒核殼蛋白保守區為目標的P3,確實具有跨物種抑制冠狀病毒的能力,近期也發現在動物模式中可減緩冠狀病毒所造成的臨床症狀。此藥物開發策略將能為抗病毒藥物開發的歷程開啟新的一頁。
科學突破性
本技術首度利用「非典型蛋白質交界面」建立一套具有潛力的新藥物開發策略,並鎖定冠狀病毒核殼蛋白,成功開發出具廣效性之抗病毒前導藥物。突破了以往藥物開發過程,具有這些作用的藥物,都是在確效性確定後,回頭建立作用機制時才發現其作用於非典型蛋白質交界面的能力,本成功案例為結構為基礎藥物研發領域上開啟新一頁。
產業應用性
藥物開發每年約有數千億的市場規模,本技術成功將全球首創之藥物設計概念導入抗病毒藥物的開發中。此外,透過本技術開發之藥物P3具抗新型冠狀病毒的活性、副作用低、並有結構資訊可供後續藥物優化的依據,期能以最快速度進入市場,作為抗新冠病毒之重要性療法。
關鍵字 新冠病毒 廣效性抗病毒藥物 藥物開發策略 非典型蛋白質交互作用 核殼蛋白 結構生物學 虛擬藥物篩選 X-ray晶體結構 小角度散射實驗 蛋白異常聚集
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