《Nature | 反向代谢组学用于人类化学结构的发现》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2023-12-11
  • 2023年12月5日,加州大学圣地亚哥分校等机构的研究人员在Nature发表题为Reverse metabolomics for the discovery of chemical structures from humans的文章。

    确定在非靶向代谢组学实验中检测到的分子的结构和表型背景仍然具有挑战性。该研究将反向代谢组学作为一种发现策略,其中从新合成的化合物中获取MS/MS谱,并在公共代谢组学数据中进行搜索以发现表型关联。为了证明该概念,研究人员广泛地合成并探索了人类中的多种代谢物-N-酰基酰胺,羟基脂肪酸的脂肪酸酯,胆汁酸酯和共轭胆汁酸。

    使用库规模分析,研究人员发现一些结合胆汁酸与炎症性肠病 (IBD) 有关。使用四个不同的人IBD队列进行验证,研究人员发现在克罗恩病中Glu、Ile/Leu、Phe、Thr、Trp和Tyr缀合的胆酸升高。这些化合物和相关结构中的几种已显示出影响与炎症性肠病相关的途径,例如CD4 T细胞和PXR激动剂中的干扰素-γ 产生。属于双歧杆菌,梭菌属和肠球菌属的细菌能够在培养时产生这些胆汁酰胺化物。因为用MS/MS谱搜索储存库最近才成为可能,所以现在可以采用反向代谢组学方法作为从人类和动物生态系统中发现其他分子的一般策略。

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    • 编译者:李康音
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    • 2024年4月24日,美国Vividion Therapeutics的研究人员在Nature杂志发表了题为Chemoproteomic discovery of a covalent allosteric inhibitor of WRN helicase的文章。 WRN螺旋酶是治疗微卫星不稳定(MSI)癌症的一个前景广阔的靶点,因为它在解决错配修复机制失效的细胞中积累的有害非规范DNA结构方面发挥着至关重要的作用。目前还没有直接针对人类 DNA 或 RNA 螺旋酶的获批药物,部分原因是开发针对这类蛋白的强效选择性化合物具有挑战性。 该研究介绍了通过化学蛋白质组学发现的处于临床阶段的 WRN 共价异位抑制剂 VVD-133214。这种化合物可选择性地与位于螺旋酶结构域区域的半胱氨酸(C727)结合,该区域在 DNA 解旋过程中会发生结构域间移动。VVD-133214 与核苷酸协同结合 WRN 蛋白,稳定了缺乏适当螺旋酶功能所需的动态灵活性的紧凑构象,导致 MSI-高(MSI-H)细胞(而非微卫星稳定细胞)出现广泛的双链 DNA 断裂、核肿胀和细胞死亡。该化合物在小鼠体内耐受性良好,在多个MSI-H结直肠癌细胞系和患者衍生异种移植模型中可导致肿瘤的显著消退。 该工作显示了一种抑制 WRN 功能的异构方法,它可以规避癌细胞中内源性 ATP 辅因子的竞争,并将 VVD-133214 定义为治疗 MSI-H 癌症患者的一种有前途的候选药物。
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    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2018-07-30
    •         4月9日,《自然-化学生物学》(Nature Chemical Biology)杂志在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所杨琛研究组题为The cyanobacterial ornithine-ammonia cycle involves an arginine dihydrolase 的研究论文。该研究利用动态代谢流量组与代谢组分析技术发现了一条新的代谢途径,并且揭示了该途径为蓝藻适应环境所必需及其重要的进化及生态学意义。   生物在进化过程中形成适应外界营养环境变化的代谢系统及调控机制。例如,陆生动物进化出著名的鸟氨酸-尿素循环,用于处理食物中蛋白质分解代谢所产生的大量氨,而细菌和植物缺乏这一代谢途径。蓝藻(又名蓝细菌)是地球上最早出现的光合自养生物,它们利用水作为电子供体,利用太阳光能将CO2还原成有机碳化合物,并释放出自由氧,在地球生物圈形成和发展过程中起了关键作用。蓝藻广泛分布于自然界,包括各种水体和土壤中,对生物地球化学循环有非常重要的贡献。同时蓝藻在生物技术应用方面也极具潜力。尽管蓝藻在进化、生态、环境及生物技术等方面扮演着重要角色,但它们适应环境变化的细胞代谢动态调节机制仍不清楚。   中国科学院合成生物学重点实验室杨琛研究组利用前期开发的动态代谢流量组与代谢组分析技术,研究了蓝藻对外界氮源扰动的代谢响应,发现细胞内鸟氨酸和精氨酸之间存在活跃的代谢循环。进而发现该循环包含一步新的生化反应,即精氨酸双水解酶催化精氨酸水解生成鸟氨酸和氨。研究表明在氮源充足条件下鸟氨酸-氨循环促使氮同化及存储以最大速率进行,而在氮源匮乏时该循环使得细胞中的氮储存迅速分解,从而满足细胞的生长需要。因此,鸟氨酸-氨循环具有氮存储和活化的功能,对于蓝藻适应环境氮源缺乏和变化极其重要。与动物体内的鸟氨酸-尿素循环相比,鸟氨酸-氨循环更为古老,它的存在提示不同物种为适应其生存环境可能进化出各种鸟氨酸循环。鸟氨酸-氨循环在蓝藻中广泛存在,包括许多海洋固氮蓝藻,因此这一代谢途径对于海洋氮固定乃至地球的氮循环具有重要贡献。专家评论这项工作将引起化学生物学和微生物学领域研究学者的广泛关注,并对海洋学和农业方面的研究产生影响,同时在代谢工程和合成生物学领域应用前景广阔。   植生生态所博士研究生张昊为论文第一作者,研究员杨琛为通讯作者。该工作是与该所研究员、中国科学院院士赵国屏等合作完成的,得到了国家自然科学基金委、科技部和中国科学院等的项目资助。