相分离 | 增强受体信号和靶向药物开发

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液-液相分离 ( Liquid–liquid phase separation，LLPS ) 是生物大分子（通常指蛋白质或 RNA）凝缩为纳米尺度凝聚态结构并分离成不同相（无膜区室）的过程，这是一种普遍而重要的现象。相互作用的蛋白质被包裹到 LLPS 无膜液滴中，使得功能相关的蛋白 在特定位置高浓度聚集。研究表明，LLPS 与广泛的细胞功能调控相关。

LLPS在生物体中通常具有以下功能——

感知环境变化：LLPS 可以感知环境的变化，并做出快速响应。这种响应比通过细胞内的转录以及翻译过程更加快速。目前的一些研究已经证明，LLPS 可以感知温度以及 pH，还可以用于感知细胞内外源的 DNA（cGAS 相分离）。

调节胞内蛋白浓度：LLPS 可以用来调节相关蛋白在细胞内的浓度。LLPS 可以将高浓度的蛋白以液滴的形式储存起来，在细胞需要的时候将该蛋白释放到细胞环境中。

激活信号转导：LLPS 可以形成局部的高浓度蛋白，从而激活一些生化反应，激活相关信号转导途径以及促进细胞骨架的形成，如肾病蛋白（nephrin）、T 细胞受体、雷帕霉素的哺乳动物靶点、Sos-Ras、细胞迁移和自噬相关的信号调节。

隔离蛋白与底物：LLPS 可以将一些蛋白与其底物隔离，抑制细胞内的一些生物化学反应过程。

介导蛋白定位：LLPS 可以介导一些蛋白定位到已经存在的一些无膜包裹的细胞器中。

介导孔状结构：LLPS 可以介导形成一些孔状结构，比如核孔。

其中，质膜上的 LLPS 由于受到 受体酪氨酸激酶 ( RTK ) 的介导，具有在细胞其它地方凝聚相中所没有的特征，成为小分子靶向药物开发的新颖靶点，让我们一起跟 T 仔来看看吧~

2023 年 2 月 7 日，来自英国利兹大学的 Ladbury 研究团队在 Cell 子刊 Trends in Biochemical Sciences ( IF:14.264 ) 发文 Phase separation enhances probability of receptor signalling and drug targeting，提出 相分离可以增强受体信号并为靶向药物的开发提供了更多的可能性。

受体酪氨酸激酶 ( RTK ) 是细胞中的关键调节因子，它既是受体又是酶，通过与细胞外配体结合，激发激酶活性，磷酸化酪氨酸残基 ( pYs )，为下游效应蛋白提供结合位点，从而参与多种细胞过程的调控。

这种信号的激活在以往被认为是由大量双分子结合驱动的，但随着研究的深入发现，质膜上大量冗余受体（105~106 个拷贝）所带来的负反馈信号以及在非结合状态下也处于部分磷酸化状态的 RTK 发出的正反馈信号都会对下游蛋白的招募造成干扰。因此，必然存在一些机制来减少信号的不可预测性和随机性，如可以凝聚蛋白的 LLPS。

▲显微镜图像证实质膜上存在受体酪氨酸激酶 ( RTK ) 介导的液-液相分离 ( LLPS )

因此，与其它细胞内液滴形成不同，RTK 受体介导的 LLPS 在质膜上的启动以多残基的 磷酸化 为起点与信号放大器，可以更快速地促进下游效应蛋白的形成与凝聚。

如成纤维细胞生长因子受体 ( FGFR1 、FGFR2 ) 、表皮生长因子 ( EGFR )、人类表皮生长因子受体 ( HER2、HER4 ) 和血管内皮生长因子受体 ( VEGFR1 、 VEGFR2 ) 这些 下游蛋白与 RTK 的体外缩合。

对抑制剂发展的影响

由于膜信号转导与多种疾病的发展相关，因此靶向膜受体，尤其是 RTK，一直是新药开发的重点。

但这类 受体导向 的治疗仅能在初期改善症状，且往往以失败告终。

这有可能是由于 LLPS 增加了蛋白凝聚物信号转导的复杂性。

由此作者提出了一些疑问：

1. 液滴内信号蛋白局部浓度的升高是否会影响抑制剂靶向受体或其效应蛋白？

2. 是否可以将药物靶向液滴以增加结合的可能性，从而提高疗效并减少脱靶毒性？

虽然目前尚不清楚是否能将小分子可靠有效地靶向动物模型中的特定液滴。但已有一些将药物小分子在特定细胞环境中相分离的研究。

目前主要有两种靶向 LLPS 的手段：

1. 通过合成抑制分子使它们与靶分子发生相分离，从而增强化合物与蛋白靶点的结合。

这种方法需要对目标所在的特定液滴内的热力学和静电条件有更全面的认识。RTK 介导的液滴的内部，往往是具有高磷酸化水平的膜脂质包涵体，是一个高电荷的环境。若能开发优先针对这种环境化合物或前体药物，将会对给药剂量和细胞渗透方式产生重大影响。

2. 靶向溶解相分离液滴的化合物，将信号分子分散到细胞质中，从而降低病理信号启动的可能性。

如在体外分散小分子（如己二醇）的 LLPS 可以降低信号转导。

▲靶向液-液相分离的药物开发总结

综上，本文介绍了 LLPS 对 RTK 通路信号的放大作用以及相关靶向药物开发的新方向。虽然这些方法还存在许多挑战与不确定性，但 LLPS 在信号转导中起到的重要作用使其逐渐成为针对 RTK 相关通路药物开发的新靶点，让我们拭目以待吧~

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好了，今天的 T 仔号文献列车即将到站。希望大家科研顺利哦，我们下次再见~

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参考文献：

[1] Kanaan NM, Hamel C, Grabinski T, Combs B. Liquid-liquid phase separation induces pathogenic tau conformations in vitro. Nat Commun. 2020;11(1):2809. Published 2020 Jun 4. doi:10.1038/s41467-020-16580-3

[2] Ladbury JE, Lin CC, Suen KM. Phase separation enhances probability of receptor signalling and drug targeting [published online ahead of print, 2023 Feb 7]. Trends Biochem Sci. 2023;S0968-0004(23)00018-X. doi:10.1016/j.tibs.2023.01.005