科學家改造蛋白質,對抗癌症和使神經元再生

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 12 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


我們的肺臟、骨頭、血管和其他主要器官都是由細胞構成,而要維持身體機能正常運作,有賴稱為配位基(ligands)的蛋白質信使傳遞訊號。配位基會與細胞表面受器結合,進而調節生物反應,但如果這些訊號產生亂碼,便可能使人們罹患不同疾病。

由美國史丹佛大學(Leland Stanford Junior University)生物工程系 Jennifer Cochran 教授領導的團隊以不同方式微調同一個配位基,產生兩種令人驚訝的結果:其中一種調整方式會讓神經元細胞再生,另一種微調方式則可抑制肺腫瘤生長。

團隊在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)描述實驗是如何在大鼠細胞、人類細胞和罹患疾病的小鼠施行,尚未進行臨床人體試驗,但此結果展示科學家正逐漸提升控制人體蛋白質機制的能力,並且能幫助重要的器官自行修復。

Cochran 教授表示:「我們希望這些蛋白質有朝一日能治療神經退化性疾病、癌症、骨質疏鬆症(osteoporosis)、動脈粥狀硬化(atherosclerosis)和其他疾病。」

團隊研究配位基和受器如何共同運作,以便將訊息傳送到細胞,以及如何利用交互作用的機制改造成潛在的治療法。她認為配位基和受器的形狀是關鍵,如同所有蛋白質,配位基和受器是由數種不同的胺基酸組成,就像珍珠串在一起再摺疊成特定的立體結構,只有正確的配位基和相對應的受器可以互相結合,就像鑰匙必須和正確的鎖配對才能開門。

研究人員利用精細的分子工程技術改變配位基上胺基酸的排列方式,便可以製造出數百萬種不同的配位基,之後篩選這些配位基並找出依照他們期望的方式和受器相對應的配位基。

如果改造後的配位基比原本的配位基和受器接合更好,則可當作超激動劑(superagonist),它們會傳遞訊號指引細胞,讓細胞生長更強壯。研究人員還能利用生物工程技術將配位基改造成拮抗劑(antagonists),這些配位基一樣可以和受器配對,但會阻斷訊號傳遞,因此可能阻礙細胞生長。

去年 Cochran 教授和美國加州大學舊金山分校(UCSF)癌症研究員 Alejandro Sweet-Cordero 副教授合作發表論文,內容關於改造後的受器蛋白纖毛神經營養因子受器(ciliary neurotrophic factor receptor,CNTFR)如何遏止肺腫瘤在嚙齒類動物身上生長。

由研究生 Jun Kim 領導的研究團隊證實,改造過的配位基類心肌營養素細胞激素因子 1(cardiotrophin-like cytokine factor 1,CLCF1)會和 CNTFR 結合,新實驗建立在此研究基礎上,Kim 改變配位基 CLCF1 的一組胺基酸,將此配位基變成超激動劑。

當他們將此超激動劑加入受損神經元細胞的組織培養物,發現改造後的 CLCF1 會增加訊號傳送的強度、加速軸突生長(軸突是傳遞神經衝動的纖維),顯示改造後的配位基會促進受損神經元細胞再生。

Kim 和其他研究人員的研究結果證實,藉由改變 CLCF1 配位基的幾個胺基酸,便能將一般配位基轉變成潛在拮抗劑,抑制小鼠肺腫瘤的生長,顯示變異後的蛋白質分子可以有不同醫學用途。

Cochran 教授說:「長期以來,我一直著迷於蛋白質如何發揮功能,以及我們該如何扮演有創造力的藝術家,利用胺基酸當調色盤,並運用生物工程技術改變蛋白質的構型和功能。」

Cochran 致力於研究將改造後的新型態蛋白質,應用在腫瘤學和再生醫學,在她研究室發現的幾個分子已進入早期至晚期的臨床前開發階段,其中最先進的療法應用於治療卵巢癌和腎臟癌,目前已進展到臨床人體試驗。

(首圖來源:shutterstock)