筛选抑制目标蛋白质-蛋白质相互作用的候选新药以开发一类药物的方法

摘要

本发明涉及一种筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作用的物质的方法，更具体地涉及一种筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作用的物质的方法，所述方法包括使用一种固定有包含溶胶-凝胶材料与蛋白质的混合物的位点的蛋白质芯片。根据本发明，蛋白质芯片可以容易地用溶胶-凝胶材料在96孔板中制造，从而可以容易地从天然物质的文库中筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作用的抑制剂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作用的物质的方法，更具体 地涉及一种筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作用的方法，所述方法包括使用一种 蛋白质芯片，该芯片上固定有包含溶胶-凝胶材料与蛋白质的混合物的位点。

背景技术

众所周知，开发低分子量的抑制蛋白质-蛋白质相互作用的抑制剂存在许 多问题，但由于它们的重要性，人们不断尝试着开发低分子量的可抑制蛋白质 -蛋白质相互作用的物质，并且已经报道了几个成功的实例(Nature Reviews  Drug Discovery，3：853，2004)。开发新药的方法通常包括构建特定的分析系 统和使用该分析系统进行数十到数百万个化合物文库的高通量筛选。这些方法 主要用于跨国制药公司，由于待分析的化合物数量或高速筛选系统的构建等的 各种限制，它们难以应用于小型实验室。为了构建一种新的用于筛选相对小型 的数万个化合物文库(如天然物质文库)的高通量筛选系统，有必要在短时间 内以低成本验证这一概念。此外，对于学校和研究所等小型和中型实验室来说， 需要的策略是用新概念的分析系统和筛选系统来获得先导化合物。

因此，需要用先前的由廉价聚合物构建而成的芯片系统来建立新的药物筛 选方法，其适合基于芯片的筛选，可用于数量少的样品，从而确保原创技术。 这将有助于加强新药开发行业的基础建设。

相应地，本发明人广泛致力于基于芯片的用于筛选蛋白质-蛋白质相互作 用的抑制剂的方法，该方法甚至可有利地用于基于实验室的小型实验。结果， 本发明人发现使用点样带有溶胶-凝胶材料与蛋白质混合物的芯片，用现有的 抗体分析方法很容易筛选出蛋白质-蛋白质相互作用的抑制剂，从而完成本发 明。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于芯片的筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作 用的物质的方法，其中蛋白质-蛋白质相互作用可用简便易行的方式分析。

为了达到上述目的，本发明提供一种筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作用的 物质的方法，所述方法包括步骤：(a)制造蛋白质芯片，所述蛋白质芯片上固 定有包含溶胶-凝胶材料与蛋白质的混合物的位点；(b)在存在抑制蛋白质之 间结合的候选物质的情况下，使所述蛋白质芯片与能和所述芯片上固定的蛋白 质相结合的蛋白质发生反应；和(c)测量所述芯片上固定的蛋白质与能和所 述固定的蛋白质相结合的蛋白质之间的结合，如果与不存在所述候选物质的情 况下相比，测得蛋白质之间的结合受到抑制，则选择所述候选物质作为抑制蛋 白质-蛋白质相互作用的物质。

从以下详细说明及所附权利要求将更明确本发明的其他特点和实施方式。

附图说明

图1显示细胞周期蛋白T(Cyclin T)之间的结构同源性。

图2显示用于检测重组CDK9和CyclinT在E.coli BL21中的表达而进行 的SDS-PAGE的结果。

图3显示重组人CDK9的表达模式及其纯化工艺。

图4显示重组人CyclinT的表达模式及其纯化工艺。

图5是显示测定在溶胶-凝胶芯片上CDK9和人CyclinT1之间相互作用的 方法示意图。

图6显示在溶胶-凝胶芯片上蛋白质-蛋白质结合的分析结果。

图7显示在溶胶-凝胶芯片上用4种天然物质进行初步测试的结果。

图8显示在溶胶-凝胶芯片上进行测试以确立分析条件的结果。

图9显示依赖于溶胶-凝胶材料组分的分析结果。

图10显示依赖于溶胶-凝胶材料的组分的分析结果。

图11显示天然物质文库对抑制CKD9和人CyclinT1间相互作用所产生的 影响的分析结果。

图12显示依赖于溶胶-凝胶材料的组分的BSA信号的分析结果。

图13显示依赖于溶胶-凝胶材料的组分的BSA信号的分析结果。

图14显示构建用于分析抑制蛋白质-蛋白质相互作用的天然物质筛选系 统的工艺。

图15显示在低密度芯片上3种天然物质对抑制CDK9和人CyclinT1间相 互作用所产生的影响的分析结果。

图16是显示CyclinT1和CDK9间相互作用机制的示意图。

图17是显示SELEX方法构建CyclinT1适体的示意图。

图18是显示CyclinT1适体的作用机制的示意图。

图19显示在溶胶-凝胶芯片上适体和CyclinT1间结合的分析结果。

具体实施方式

除非另有定义，本发明使用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属技 术领域普通技术人员通常理解的含义相同。通常，本发明使用的命名及下述实 验方法都是本领域公知的或常用的。

一方面，本发明针对一种筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作用的物质的方法， 所述方法包括步骤：(a)制造蛋白质芯片，所述蛋白质芯片上固定有包含溶胶 -凝胶材料与蛋白质的混合物的位点；(b)在存在抑制蛋白质之间结合的候选 物质的情况下，使所述蛋白质芯片与能和所述芯片上固定的蛋白质相结合的蛋 白质发生反应；和(c)测量所述芯片上固定的蛋白质与能和所述固定的蛋白 质相结合的蛋白质之间的结合，如果与不存在所述候选物质的情况下相比，测 得蛋白质之间的结合受到抑制，则选择所述候选物质作为抑制蛋白质-蛋白质 相互作用的物质。

在本发明中，候选物质优选地选自天然物质、化合物和适体。在本发明筛 选方法的步骤(C)中，优选使用蛋白质抗体来分析蛋白质之间的结合，所述 蛋白质抗体是能和蛋白质芯片上固定的蛋白质相结合的蛋白质的抗体。

在本发明中，所述位点优选固定在96孔板上。在本发明中，固定在蛋白 质芯片上的蛋白质优选为CyclinT1，并且能和蛋白质芯片上固定的蛋白质相结 合的蛋白质优选为CDK9。

在本发明中，选择候选物质作为抑制蛋白质-蛋白质相互作用的物质的步 骤(C)中，如果所述候选物质与芯片上固定的蛋白质结合，抑制了所述蛋白 质芯片上固定的蛋白质与所述能和该固定的蛋白质相结合的蛋白质之间的结 合，则选择所述候选物质作为抑制物质。

例如，CyclinT1是一种与CDK9相互作用的蛋白质。当候选物质和CDK9 可以在固定有CyclinT1的蛋白质芯片上相互反应时，如果候选物质与CyclinT1 结合，抑制了CDK9与CyclinT1之间的结合，则可以选择该候选物质作为抑 制CyclinT1与CDK9之间相互作用的物质。在此，相互作用的抑制可通过用 CDK9抗体处理该蛋白质芯片，然后用荧光材料(如Cy3)标记的与CDK9抗 体相抗的二级抗体处理来进行分析。换言之，如果与不存在候选物质的情况相 比，以候选物质处理时CDK9抗体信号减弱，则可以选择该候选物质作为抑 制CyclinT1-CDK9相互作用的物质。

在本发明中，溶胶-凝胶物质优选地包括17.5重量份的TMOS、5-15重量 份的MTMS和0-15重量份的GPTMOS。

在本发明中，为了建立新药筛选技术并检验从中筛选的候选群体以发掘抑 制蛋白质-蛋白质相互作用的新型天然物质，建构了基于芯片的筛选系统，用 于筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作用的物质。

在本发明的一个实例中，建立了能够分析CyclinT/CDK9相互作用的基于 芯片的系统，从而筛选CyclinT/CDK9的候选抑制剂。具体地，如图5所示， 将溶胶-凝胶材料与CyclinT的混合物点样于基底上以制造蛋白质芯片。使所述 蛋白质芯片不仅与CyclinT/CDK9相互作用的候选抑制剂(如放线菌培养提取 物、真菌培养提取物、植物提取物或适体)反应，而且与CDK9反应，然后 使之依次与CDK9抗体和Cy3-标记的二级抗体反应。然后扫描芯片，分析位 点上是否出现信号。将在位点上反应不显示信号的物质确定为抑制剂物质。

实施例

以下参考实施例对本发明作进一步详细说明。本领域技术人员显然理解， 这些实施例仅是举例说明的目的，不应视为限制本发明的范围。

实施例1：Cyclin T基因和CDK9基因的克隆以及Cyclin T和CDK9的扩增

Cyclin T蛋白是高度同源的蛋白，它含有保守区，称为“细胞周期蛋白 盒”，已知与CDK9结合。人Cyclin T(GenBank#NM_001240)的细胞周期蛋 白盒包含266个氨基酸，由SEQ ID NO：1的核苷酸序列表示(图1)。人CDK9 (GenBank#BC001968)如SEQ ID NO：2所示。

用人cDNA混合物作为PCR扩增CDK9的模板，用HEK293细胞和HeLa 细胞的1∶1的混合物作为PCR扩增人Cyclin T1的模板。

在PCR扩增中，使用以下引物：

SEQ ID NO：3：GAATTCATGGCGAAGCAGTACGACTC(人CDK9正向 引物；含有EcoRI位点)；

SEQ ID NO：4：CTCGAGGAAGACGCGCTCAAACTCC(人CDK9反向 引物；含有XhoI位点)；

SEQ ID NO：5：GAATTCATGGAGGGAGAGAGGAAGAACA(人Cyclin T1 正向引物；含有EcoRI位点)；

SEQ ID NO：6：GTCGACAGCCTCGCATGCCCTCCAA(人Cyclin T1反 向引物；含有SalI位点)。

将人CDK9和人Cyclin T1基因各自进行扩增，通过TA-克隆连接到T载 体中(Promega，USA)，然后转化到E.coli DH5α中。从转化的克隆体中纯化 质粒，并通过电泳确认克隆基因并测序以确定核苷酸序列。将该克隆基因分别 克隆到pET28a载体(Novagen，USA)中，然后将其转化到E.coli BL21细胞 中。

培养分别以人CDK9基因和人Cyclin T1基因转化的E.coli BL21细胞，并 用IPTG诱导细胞中各种基因的表达，之后再培养并收集该细菌细胞。通过 SDS-PAGE分析细胞中各种基因的表达(图2)。

将细菌细胞系分别添加到并悬浮于10mL含有PMSF的His-tag结合液中， 并超声裂解。细胞裂解液分别涂布His tag树脂来分别纯化人CDK9基因和人 Cyclin T1基因，并进行SDS-PAGE以分析人CDK9蛋白和人Cyclin T1蛋白是 否被充分表达(图3和图4)。

实施例2：分析芯片上蛋白质与抑制剂之间的相互作用

为了分析溶胶-凝胶芯片上CDK9与人Cyclin T1之间的相互作用，通过图 5所示的方法分析该芯片上蛋白质之间的结合。

将人Cyclin T1和CDK9各50ng与溶胶-凝胶材料组分1(25.0％TMOS、 7.5％MTMS和5％GPTMOS)混合，并经点样仪点样和固定在96孔板上。为 了防止无亲和性的物质粘到芯片上，将板用含有脱脂奶的结合液封闭，然后使 其与1∶500稀释的可结合CDK9的抗-CDK9抗体在室温下反应1小时。为了 考察扫描仪中的信号，将板与1∶1000稀释的cy3-标记的二级抗体在室温下反 应1小时，然后扫描板以分析各种蛋白质的信号(图6)。

结果，如图6所见，出现了表示CDK9与抗-CDK9之间结合的弱信号。

在常规筛选天然物质文库之前，选择四种天然物质并建立基于芯片的分析 系统的条件。因为从上述结果可以看出CDK9的信号弱，所以将人Cyclin T1 和CDK9各150ng(3倍于以上所用的50ng)与溶胶-凝胶材料组分2(25.0％ TMOS、7.5％MTMS和15％GPTMOS)混合并固定在96孔板上。

将板用含有脱脂奶的结合液封闭，然后使其与CDK9(50ng/rxn体积50μl) 反应，然后冲洗。然后，将板与1∶500稀释的抗-CDK9抗体在室温下反应1 小时并冲洗，之后将它与1∶1000稀释的cy3-标记的二级抗体在室温下反应1 小时并冲洗。然后，扫描板并分析各种蛋白质的信号。

结果，如图7所见，在仅允许抗-CDK9抗体反应的孔中出现了CDK9点 的信号，而在允许CDK9以及抗-CDK9抗体反应的孔中没有出现信号。为此， 在筛选天然物质文库之前，先进行测试分析芯片上CDK9与人Cyclin T1之间 的结合。

将180ng人Cyclin T1和150ng CDK9与溶胶-凝胶材料组分1(25.0％ TMOS、7.5％MTMS和5％GPTMOS)混合并点样于96孔板上。然后，将板 用含有脱脂奶的结合液封闭，然后使其与CDK9反应(50ng/rxn体积50μl) 并冲洗。然后，将板与1∶500稀释的抗-CDK9抗体在室温下反应1小时并冲 洗，之后将它与1∶1000稀释的cy3-标记的二级抗体在室温下反应1小时并冲 洗。然后，扫描板并分析各种蛋白质的信号。

结果，如图8所见，信号不仅出现在允许CDK9以及抗-CDK9抗体反应 的2号孔中，而且出现在未固定任何物质的阴性位点中，而在允许抗-CDK9 抗体以及二级抗体反应的1号和4号孔中很少或没有出现信号。当重复相同的 试验时，除了阳性位点外，所有位点中都没有出现信号。

基于以上两项试验的结果和图4的结果，结论认为，测试结果不是恒定的， 因为溶胶-凝胶材料的组分不适合用于这些蛋白。为此，首选要选择适合的溶 胶-凝胶材料组分。因为信号出现在阴性位点中，所以认为所述板没有被充分 封闭，因此在随后的测试中将封闭时间从1小时增加到2小时。

实施例3：溶胶-凝胶材料的选择

为了选择适用于固定和分析所述蛋白的溶胶-凝胶材料，分别将具有实施 例2中使用的组分1(25.0％TMOS、7.5％MTMS和5％GPTMOS)和组分2 (25.0％TMOS、7.5％MTMS和15％GPTMOS)(孔径比组分2-9大，因此有 利于分析大分子)的两种溶胶材料用CDK9(150ng/11μl溶胶-凝胶材料)、人 Cyclin T1(180ng/11μl溶胶-凝胶材料)、阳性对照和阴性对照分别固定，如图 9所示。然后，以与实施例2相同的方式，将所述溶胶-凝胶材料分别用抗体处 理并扫描。

结果，如图9所示，组分2中CDK9与抗-CDK9相互结合，显示出信号， 而抗-CDK9不与人Cyclin T1结合。为此，在随后的实施例中使用溶胶-凝胶材 料组分2。

此外，将溶胶-凝胶芯片与CDK9反应，以便考察CDK9是否与芯片上的 人Cyclin T1结合。将图9所示的溶胶-凝胶芯片用脱脂奶缓冲液封闭，之后使 其与CDK9(60ng/rxn体积60μl)反应并冲洗。然后，将它与1∶500稀释的 可结合CDK9的抗-CDK9抗体在室温下反应1小时，随后冲洗。然后，将它 与1∶1000稀释的Cy3-标记的二级抗体在室温下反应1小时并扫描。

结果，如图10可见，在组分1中，甚至在阴性位点中也有信号出现，而 在组分2中，信号在人Cyclin T1与CDK9相互结合的位点中可见。此外，在 未使CDK9反应的孔中，抗-CDK9不与人Cyclin T1结合。

从上述结果可以发现，组分1适用于分析蛋白质-蛋白质相互作用。此外， 用基于芯片的分析系统确认芯片上CDK9与人Cyclin T1之间的结合。

实施例4：用基于芯片的分析系统筛选天然物质文库

用实施例2和3中建立的用于蛋白质-蛋白质相互作用的基于芯片的分析 系统，筛选天然物质文库。天然物质文库包含21种放线菌培养提取物，40种 真菌培养提取物和19种植物提取物，它们可从韩国生命科学与生物技术研究 院(KRIBB)获得。将各种放线菌培养提取物溶于1∶1的丙酮和水中，将各 种植物提取物溶于水中，浓度为5mg/mL。

首先，选择放线菌培养提取物#15、真菌培养提取物(培养基A)#25、真 菌培养提取物(培养基B)#55和植物提取物#411，用于基于芯片的分析。将 1∶100稀释的各种天然物质提取物1μl、人Cyclin T1和CDK9(对照)各150ng， 与溶胶-凝胶材料组分2混合，以制成体积11μl。然后，将混合物分别固定在 96孔板上。

将板用脱脂奶缓冲液封闭，之后使之与CDK9(60ng/rxn体积60μl)反应 并冲洗。然后，将板与1∶500稀释的可结合CDK9的抗-CDK9抗体在室温下 反应1小时，随后冲洗。然后，将板与1∶1000稀释的cy3标记的二级抗体在 室温下反应1小时。

结果，如图11可见，即使在未允许CDK9反应的孔中也出现人Cyclin T1 的信号，不过认为这种信号是看似信号的背景，因为溶胶-凝胶位点是在干燥 过长的时间后才扫描。为此，在干燥恒定的时间后扫描位点。

实施例5：基于芯片分析系统的溶胶-凝胶材料的改进

为了改变溶胶-凝胶的配方以寻找能够最易发生CDK9与CyclinT1的相互 作用的组分，改变组分1中三种硅酸盐单体与缓冲液的组分，以制备具有与组 分1不同孔径的新组分。

为了分析各种组分中蛋白质-蛋白质相互作用，将BSA与各种组分的溶胶 -凝胶材料混合，并点样于96孔板上。具体地，将500ng/μl BSA与各种组分 的溶胶-凝胶材料混合，并点样于96孔板上。为了分析信号，将板与1∶500 稀释的Cy3-抗-BSA反应1小时，然后冲洗并扫描。

结果，如图12所见，组分T和组分3(25.0％TMOS、7.5％MTMS、0％ GPTMOS，2-9C)中的信号要比最初的组分1(2-9)强，并且剩余组分的溶胶 -凝胶位点在分析期间从孔上脱离。

组分3(2-9C)和组分1(2-9)用于固定BSA并以上述相同的方式进行 分析，分析各自的信号。结果，可以看出，组分3的信号比组分1的信号清晰 (图13)。

实施例6：用基于芯片的分析筛选天然物质

如图14所示，用实施例5中确定的组合物建立蛋白-蛋白相互作用分析系 统，用于完整筛选天然物质。基于选择的三种天然物质制造低密度芯片并进行 测试。结果，如图15所示，当仅允许抗-CDK9以及二级抗体反应时，信号仅 在CDK9和天然物质固定的位点中出现，而当允许CDK9、抗-CDK9以及二 级抗体反应时，信号可在CDK9、天然物质和人Cyclin T1固定的位点中出现， 但观察到该信号较弱。

由此可见，在天然物质中，放线菌培养提取物#15、真菌培养提取物(培 养基A)#25、真菌培养提取物(培养基B)#55和植物提取物#411对CDK9 与人Cyclin T1之间的结合影响较弱。

实施例7：抑制CDK9与Cyclin T1之间相互作用的核酸标记物的开发

为了证实本发明的基于芯片的系统是否可用于开发蛋白质-蛋白质相互作 用的抑制剂，使用该基于芯片的系统制备适体并测试。

当CDK9与CyclinT1在体内相互结合时，蛋白质中的T与CyclinT1的C 末端区域结合，当发生细胞分裂时RNA聚合酶也在此结合(图16)。通过删 除与CDK9结合的CyclinT的细胞周期蛋白盒的C-末端区域来制备新蛋白， 并用SELEX法制备它的RNA适体。用于制备该适体的模板如下：

模板：

GGTAATACGACTCACTATAGGGAGATACCAGCTTATTCAATT-N40-AG ATAGTAAGTGCAATCT

具体地，制备具有40-bp随机序列的单链，通过PCR扩增，然后进行反 向转录，由此制备复杂度10¹⁵的RNA文库。

用过滤结合分析技术，将CyclinT1固定在硝酸纤维膜上，该膜上容易结 合蛋白质，但不结合DNA和RNA。

具体地，将RNA文库与目标蛋白CyclinT以1∶1的比例混合并使之反应 2小时。然后，将反应产物转移到硝酸纤维膜上并过滤，洗掉不与蛋白质结合 的RNA分子。将蛋白质-RNA从膜上洗脱并用PCI处理，然后从乙醇中沉淀， 从而获得RNA。将获得的RNA通过PCR扩增并进行反向转录，从而制备新 文库，将通过SELEX进行分析。以上过程重复8次，从而获得Cyclin T的适 体(图17)。

将适体克隆到TA克隆载体中，然后从中收集克隆体并测序以确定适体序 列(SEQ ID NO：7-10)，并且确定适体的二级结构。

此处使用的引物如下：

SEQ ID NO：7：

UUACAGAACAACCAACGUCGCUCCGGGUACUUCUUCAUCG

SEQ ID NO：8：

ACCATCGCGGAAGTCCAGTCTGCCATCAAAATCCGAAGTG

SEQ ID NO：9：

AATTCTCTCTCTTCATAATATTCCGGCGTCTACATCCACT

SEQ ID NO：10：

CACGCGTTCAACCCCCGGAATTTAGCAATAGCAGATTACG

可以看出，该适体将与CyclinI1的N-末端区域结合，以抑制CyclinI1与 CDK9之间的相互作用，以便抑制RNA聚合酶的结合，从而抑制细胞的增殖 (图18)。

使用溶胶-凝胶2-9C组分，固定CyclinT1，并用CyclinT1分析与适体的 结合。具体地，将四种Cy3-标记的适体分别在固定CyclinT1的孔中反应2小 时。冲洗并扫描反应产物，从而分析该适体是否与CyclinT1结合(图19)。

具体地，CyclinT1(1mg/1ml)与溶胶-凝胶组分3混合并点样于96孔板 上，由此制成其上固定有CyclinT1的芯片。将板的每个孔依次与CDK9、抗- CDK9以及Cy3-标记的二级抗体反应，随后冲洗。

结果，在不与CyclinT1结合的适体所在的孔中，溶胶凝胶中的CyclinT1 与CDK9相互结合显示信号，而在适体与CyclinT1结合的孔中，没有观察到 信号。

该结果说明，本发明的基于芯片的筛选系统可以用于筛选蛋白质-蛋白质 相互作用的抑制剂。

工业应用性

如上所述，本发明的蛋白芯片可以容易地用溶胶-凝胶材料在96孔板中制 备，由此可以容易地从天然文库中筛选抑制蛋白质-蛋白质相互作用的抑制剂。

虽然已经针对具体特征对本发明作了详细描述，然而本领域技术人员明显 可知，该描述仅是优选的实施方式，并不限制本发明的范围，因此，本发明的 实质范围将通过所附权利要求及其等同体来限定。