理想的研究闭环需要将组学的“广度”与芯片直接筛靶的“精度”进行有机协同,把“起因”与“结果”有机地穿插起来:
(1)组学提供“战场轮廓”: 通过多组学研究发现药物处理后差异调控的通路,比如激活了脂肪酸氧化或抑制了某类转录因子;
(2)20K人类蛋白组芯片寻找“始发扳机”: 利用20K芯片无偏筛选出小分子的直接物理结合靶标,排除大量下游次级改变的假靶标干扰;
(3)建立因果关联: 验证20K芯片筛到的直接靶标是否确实调控组学中发现的那条差异通路,例如证实靶蛋白结合后会促进通路中转录因子的入核活化;
(4)功能确证: 通过基因敲除阻断该直接靶点,证明此时药物无法激活组学发现的下游通路且药效表型消失,从而建立起“药物 -> 直接靶点 -> 通路调控 -> 组学表现 -> 表型好转”的因果关系链条,通过这一研究路径可高效发表高水平学术论著。
20K人类蛋白组芯片提供了一个无偏、全长重组、纯体外物理直接结合的超高可靠性直接靶标库,排除了细胞裂解液中次级复杂的蛋白复合物干扰。
Pull-down+MS在含有细胞特定内源修饰、特定亚细胞结构及特定生理激活状态的实际细胞裂解液中进行富集,提供了接近生物真实的结合环境。
将两者重叠交集(Venn分析),能从原理上将“体外特异性直接结合”与“细胞内天然生理互作”高度贴合,大幅收窄验证名单,得到的交集靶点往往具有极高的确证率和学术可信度,是目前高水平学术期刊非常推崇的靶点筛选组合范式。
该技术的核心逻辑在于利用经过特殊设计的化学探针与目标蛋白之间的特异性物理相互作用来完成靶点捕获。首先,研究人员会根据活性化合物的结构特征构建三功能模块探针;随后,探针进入活细胞与靶蛋白结合,通过化学或物理手段(如光交联)将这种结合状态固定为稳定的共价连接。最后,利用点击化学反应引入富集标签,结合质谱技术实现对潜在药物作用靶点的定性与定量鉴定。
反应基团的主要功能是作为“锁定器”,负责将探针与目标蛋白之间的瞬时结合转化为稳定的化学联系。例如,在光交联ABPP中,反应基团通常为光敏基团,在特定波长的紫外光激活下,它能产生高反应性的自由基或活性中间体,与结合区域附近的氨基酸残基形成稳定的共价连接。这种机制能够有效捕获那些在传统洗涤过程中极易解离的弱结合或瞬时结合蛋白。
炔基标签由于其分子量极小、结构简单,对活性化合物原始的空间结构和理化性质影响极低。相比直接连接分子量更大的生物素标签,炔基标记能够最大程度降低因修饰导致的探针失活风险,使得活细胞筛选出的结果能更真实地模拟原始药物在细胞内的自然行为。
竞争组是筛选高可信靶点、降低假阳性的核心质量控制环节。仅仅依靠探针富集,可能会捕获到大量由于丰度高而产生的非特异吸附蛋白。设置竞争组可以验证这些蛋白是否能被未经修饰的原型药物竞争,从而确认其结合的真实性和特异性。
通过比较探针组与原型药物竞争组之间的蛋白定量变化,研究人员可以观察到信号的“动态下降”。对于那些由非特异吸附产生的背景蛋白,其富集信号在原药加入后通常保持不变;只有真正的特异性靶点,其富集信号才会在竞争前后出现明显差异。
基于原型药物筛选,无需对样本进行标记;筛选特定细胞系或模型细胞,靶点特异性强;跑胶处理能够过滤掉一些非特异肽段,鉴定结果更准确;靶点数量一般在几十到二百左右;达吉特会在DARTS实验中进行动态酶浓度摸索,针对样本设置最适实验条件;三重复技术保障,组内CV 值控制在低水平;各类样本均有丰富经验,细胞、组织、复方、菌类等;达吉特能够深度解读MS及生信分析数据,指导客户挑选高置信度靶点。
传统标记法通常需要对药物小分子进行繁琐的化学结构改造以引入生物素或炔基基团,然而很多小分子没有合适的位点进行修饰,部分小分子可能因修饰导致空间位阻干扰其与蛋白结合口袋的适配性,进而引发假阴性结果。而DARTS由于直接基于原型药物进行筛选,彻底避免了探针修饰带来的活性干扰。其次,该技术属于全蛋白分析范畴,能直接检测细胞或组织提取液中的天然蛋白质,这极大还原了药物在体内的生理孵育环境,使筛选结果更具生物学意义。此外,该方法具有极强的样品普适性,适用于细胞、组织、菌种、甚至中药复方等复杂药物体系。
①不需要成分鉴定和定量分析结果;
②我们有相关的复方做DARTs的实验示例,也有相关的混合物做DARTs的文献参考。我们参考文献选用的混合物,客户前期使用混合物做细胞实验,找到混合物在癌细胞中的IC50,设置一系列梯度,将IC50包括在内,进行的筛靶。我们的DARTS是药物直接与细胞裂解液进行孵育,无活细胞孵育。需要注意的一点是,复方不同浓度孵育蛋白裂解液,所得到的上调蛋白不一致,客户需确认好有效浓度。
在进行DARTS预实验或正式跑胶后,许多实验人员会因为在凝胶成像图上未能观察到清晰的给药组和对照组差异条带而感到焦虑,但这在学术界和实际项目经验中是一种极为普遍的正常现象。由于细胞或组织裂解液是一个包含上万种天然蛋白的极其复杂的生物大分子体系,在同一个分子量段(即胶图上的同一位置)往往密集堆叠着数个甚至数十个不同的蛋白质;当小分子药物结合并特异性稳定其中某一个靶蛋白使其不被降解时,该靶蛋白在凝胶上保留的微弱灰度变化极易被同分子量区域其他大量非特异性降解或未降解蛋白的背景信号所彻底掩盖。因此,在大部分已发表的高水平文献和成熟的商业技术服务流程中,研究人员在跑完压缩胶后,都不会采用“针对某条特异差异条带切胶”的落后方式,而是直接采用整胶切块、整胶消化并直接上机打质谱(MS)的无偏向分析方案,这样能最大化地捕获裂解液中所有被微弱保护或敏感降解的蛋白质信号,获得更为全面和置信度极高的靶点数据集。
SPR的核心优势在于其能够提供实时、定量且无标记的全方位动力学数据。它不需要对分子进行荧光或同位素修饰,从而避免了修饰可能导致的小分子活性改变;它能监测结合与解离的全过程,而不仅是终点结果,并能精准计算出结合速率常数(ka)、解离速率常数(kd)以及亲和力常数(KD),为新药研发提供最为客观的物理化学证据。