结核杆菌(MTB)核心蛋白质的高分辨率三维结构能够为抗结核药物的设计提供模板,但目前仅能够获得(MTB)蛋白质组的一小部分结构。基于此,来自西雅图传染病结构基因组学中心(SSGCID)、西雅图生物医学研究所、默克雪兰诺研发中心以及华盛顿大学等机构的研究人员采用具有保守活性位点的结核杆菌同源物评价了一种属内“同源物救助”策略在完善用于抗结核药物发现的结构信息方面的应用情况,其相关成果于2014年12月19日在线发表于Tuberculosis上。
研究采用X射线对179个潜在的结核病药物靶点进行测定,却仅得到了16个晶体结构。在此基础上若将来源于其它9类分支杆菌菌群的1675个同源物添加入“管道”,则能够获得表征其它52个“顽固性”靶点的结构信息。
为了明确这些同源物结构能否用于结核病药物的设计,研究人员通过度量活性位点的相似性以及连续性药效特性的分布叠加来确定同源物结构,进而比较了106对结核杆菌和非结核杆菌酶同源物的活性位点,发现19对(大于55%的总体序列一致性)具有活性位点Cα RMSD <1Å,且明确了其中超过85%的侧链和超过80%的PSAPF(一种基于药效特性的类似物),从而明确了高度保守的活性位点的形状及其化学性质。如果将此结果用于上面提到的52个非结核杆菌结构,则发现其中41个结构与结核杆菌靶点共享了大于55%的序列一致性,进而提升了179个结核杆菌靶点的有效结构覆盖率。
研究表明,依据同源物结构及同源性结核杆菌酶的测定结果来设计相应的抑制物能够测定蛋白质结构在抗结核病药物设计中的应用状况(例如文中描述的结核杆菌胞苷酸激酶测试实例)。此外,本研究所评价的用于抗结核药物设计的“同源物救助”策略也可以推广到其它疾病药物靶点的研究中。