一文带你了解DEL——DNA编码化合物库

2021
09/16

+
分享
评论
药学速览
A-
A+


高亲和力的配体分子不仅是以后成药的潜力候选者,而且在基础研究中发挥重要作用。这些配体分子包括大分子和小分子。对于蛋白质大分子,特别是抗体而言,随着杂交瘤技术以及全人源化抗体技术的发明,众多人源化,高亲和的抗体分子相继被开发出来,在全球范围内,目前至少有570种单克隆抗体正在临床试验中,已经在疾病治疗以及基础研究中发挥着极其重要的作用。


图1:化学小分子与蛋白质大分子


但是小分子配体的开发似乎一直是个难题,开发周期长、耗时耗力,多年以来针对靶标蛋白的小分子配体的开发一般是通过筛选化学库的方式进行,大型制药公司通常会对包含约几百万个或更多的有机分子化学文库进行高通量筛选,但是这种文库的建立较为昂贵 (一般100万个分子会花费20亿美元左右)

尽管高通量文库筛选的价值已在各种药物筛选中得到了证明,但使用常规筛选策略发现足够高亲和力和特异性的结合分子确是不常见的。因此科学家一直致力于发现和发展更多高效小分子配体的筛选策略。今天就给大家介绍一种将遗传学与化学相结合的策略去高效、简便筛选小分子配体---DNA编码化合物库。
 

 图2:基于噬菌体的抗体文库筛选策略(左)与DNA编码化合物库策略(右)


说起DNA编码化合物库不得不说一下他的由来。1985年George P. Smith开发了一种基于噬菌体来筛选目标多肽或蛋白的技术,Sir Gregory Winter基于此技术对人造抗体进行筛选,如图2 (左) 所示,他们将编码重组抗体的多种遗传信息整合在噬菌体的基因组中,借助噬菌体翻译表达出数以亿计的抗体片段 (如scFv片段) 展示在噬菌体表面,从而利用这些蛋白中的一些可能与目标蛋白靶点结合的特点,进而得到我们所需要的众多高亲和力抗体分子。

该系统包括两个部分,一个是我们插入的DNA片段 (基因型) 另外一个是表达出来的抗体分子 (表型) ,两个部分打包在小小的噬菌体中。大名鼎鼎的抗体修美乐的产生就是得益于该技术的发展。

受此启发,DNA编码化合物库也应运而生如图2 (右) 所示,与上述基因编码蛋白不同的是该策略是基因编码化学

噬菌体展示蛋白需要利用核酸和蛋白质之间的生物合成联系,即:我插入什么基因就会得到什么蛋白质序列,而这种生物联系在DNA 编码的化学库中是不需要的,因为在这里仅将 DNA 标签用作可放大的识别条形码,每个基团对应一段DNA标签,它们之间相互组合排列,最终形成规模空前的含有DNA标签的化合物库,同时DNA标签允许在非常大的文库中对分子进行扩增、鉴定和相对定量。

上述两种策略具体是怎么实施的呢?如下图:

 图3:基于噬菌体的抗体文库筛选流程(a)与DNA编码化合物库筛选流程(b)


基于噬菌体的抗体文库筛选流程 (a) 大量噬菌体抗体库与固定在固体载体上的目标蛋白一起孵育,高选择性噬菌体抗考虑 体被捕获在目标蛋白上,而大多数其他噬菌体抗体 (不与目标结合) 可以被冲走。筛选得到的噬菌体可以通过感染细菌进行扩增,进而产生更多的噬菌体,这些噬菌体可以进一步进行第二轮筛选,从而筛选更强亲和力的噬菌体抗体。最后通过DNA测序得到高亲和力的序列。

DNA编码化合物库筛选流程 (b) 同样,可以使用亲和捕获策略部对大量单独标记不同DNA条形码的有机分子进行筛选。优先富集的分子通过聚合酶链反应 (PCR) 扩增,然后高通量DNA测序,进而确定靶头化合物。
 
目前该技术大致分为两种类型-单药效团 (下图4a) 和双药效团 (下图4b) dna编码化学文库。

 图4:单药效团(a)和双药效团(b)dna编码化学文库类型


对于单药效团DNA编码化学文库,单个分子附着在各自独特的DNA片段上,大多数情况下,这些分子与两条互补的DNA链中的一条相连相连。相比单药效团,互补DNA链末端的有机分子偶联可以产生双药效团化学文库。如果构建两个子文库,具有两组部分互补的寡核苷酸 (每组都用有机分子修饰) ,然后,这两个子库可以重新组装 (即杂交) ,以创建一个大的组合多样性。这种技术有时被称为编码自组装化学 (ESAC) 库技术。

在过去的二十年中,各种各样的技术被用于使用DNA标记有机分子用于构建编码组合库。设想一下,如果让我们得到10亿个不同分子组成的库的构造,显然,一次将10亿个有机分子与10亿个不同的寡核苷酸 (或DNA片段 结合起来是非常不现实的 也非常昂贵 。幸运的是,split-and-pool synthesis procedures 拆分和合并程序) 大大简化了单一药效基因化学库的组装。下面简要说明以单药效团DNA编码化学文库的合成。
 

图5:dna编码化学文库构建原理


合成过程中的每个构建块都由一个独特的双链DNA片段编码 即识别 。在每次化学反应之后,新引入的构建块 (B) 的身份由附加的DNA片段提供,连接形成新的DNA结构,不同构建模块相互交叉组合,排列。假如有2套100个有机分子以及各自的DNA片段,便可以构建一个包含10,000 (100*100) 个有机分子的编码库。

目前有四种主流的dna编码化学文库的筛选方法。

 图6: 四种dna编码化学文库的筛选方法


(a) 文库被固定在固体支撑上的目标蛋白捕获。 (b)通过色谱或电泳在给定的实验条件下 (该条件对于非结合的DNA衍生物不友好) 得到能够与目标蛋白具有足够稳定性的DNA衍生物。 (c)单链DNA分子编码的文库,能够结合目标蛋白的可与该单链DNA分子配对的寡核苷酸引物,可以通过PCR反应扩增来识别。 (d)用光交联法捕获。




 

 

总     结


 

 

目前DNA编码化合物库发展较为迅速,该技术目前在药物筛选领域已经慢慢崭露头角,与传统的HTS相比,整个筛选流程较短,成本更低,测定方法更为简单,库的容量大,可达到10^10。其发展势头不可阻挡,各大药企争相竞争。

HitGen和X-Chem是目前该技术的引领者,都具有较大的化合物库,而且在药物的筛选过程中取得了较大突破,19年药明康德也宣布推出DNA编码化合物库服务包DELight,加速早期新药发现进程。

该技术同样也存在一些问题,比如反应类型较为受限,除了必须与DNA化学兼容以外,产率也是个问题。 同时在活性筛选过程中,一般是测试与蛋白的结合活性,结合活性与抑制活性有时候是不能划等号的。 但是该技术尚且处于初期,很多的技术瓶颈都会在以后的发展过程中得以解决,希望该技术能加速新药的上市,服务于全球病患。


本文由“健康号”用户上传、授权发布,以上内容(含文字、图片、视频)不代表健康界立场。“健康号”系信息发布平台,仅提供信息存储服务,如有转载、侵权等任何问题,请联系健康界(jkh@hmkx.cn)处理。
关键词:
DEL,化合物,DNA,噬菌体,筛选,药效

人点赞

收藏

人收藏

打赏

打赏

我有话说

0条评论

0/500

评论字数超出限制

表情
评论

为你推荐

推荐课程


社群

精彩视频

您的申请提交成功

确定 取消
剩余5
×

打赏金额

认可我就打赏我~

1元 5元 10元 20元 50元 其它

打赏

打赏作者

认可我就打赏我~

×

扫描二维码

立即打赏给Ta吧!

温馨提示:仅支持微信支付!